《電子技術(shù)應(yīng)用》
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直流和交流真的永遠(yuǎn)對立嗎?

2015-07-30
作者:周立功致遠(yuǎn)電子

       摘要:我們的印象中,直流似乎永遠(yuǎn)是直流,交流永遠(yuǎn)是交流,兩者涇渭分明,是一對平行線而永遠(yuǎn)沒有交點(diǎn)。事實(shí)真的如此嗎?其實(shí),直流可以變交流,交流也可以變直流,它們不是對立面,而是相互協(xié)作的好伙伴。

日常生活中,家里的插座,街道上的電表都是交流電,似乎交流電和直流電是沒有交點(diǎn)的,就像是兩個不同的領(lǐng)域一樣。其實(shí),他們之間有著很多很多的聯(lián)系。

交流說:“我可以變身直流”

       交流可以變直流,我們平時用的電腦,手機(jī)等等設(shè)備,都是直接適配器連接到流淌著交流電的插座中,而我們手機(jī)、電腦里面運(yùn)行著的可是直流電哦。那么,有疑惑了,既然電網(wǎng)發(fā)電、傳輸都在用交流電,為什么這個時候又要變成直流電呢?

       原因是這樣的,交流是在時間軸上以正弦規(guī)律波動,由0上升到最大,又由最大逐漸減小到0,再由0逐漸變?yōu)樨?fù)的最大,然后再恢復(fù)到0。然而我們的手機(jī)、電腦等等電子元器件是通過識別高低電位來進(jìn)行工作的,交流電由于其正弦波動性,本身會產(chǎn)生高低電位,與電子元器件的邏輯判斷引起沖突。例如電腦,有電位則為1,無電位則為0,而交流電本身就會有過零點(diǎn)的電位。因此,交流電是無法為電子元器件工作的。

       那么,是誰來完成交流轉(zhuǎn)換到直流的這一工作呢?整流器,如下圖即為一款常見的整流器產(chǎn)品。

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                        圖1 常見的整流器

       在使用諸如電腦這類電器的時候,我們需要通過整流器將交流變?yōu)橹绷饕怨┦褂谩@缥覀兤綍r使用的洗衣機(jī),其驅(qū)動馬達(dá)使用的是交流電,而控制面板上就是經(jīng)過整流之后的直流電。

直流表示不服,我也會變交流

       那么,是否會有直流變交流的場景呢?答案是肯定的。逆變器這種設(shè)備就是為了直流轉(zhuǎn)換成交流而誕生的。

       簡單來說,逆變器是由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。廣泛適用于空調(diào)、家庭影院、電動砂輪、電腦、電視等等,例如車載空調(diào)就需要逆變器將汽車蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妬砉ぷ?。如下圖就是一款1000W的逆變器產(chǎn)品。

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                            圖2 1000W逆變器

如何判斷一個逆變器的好壞呢?

       從輸出的交流電來做區(qū)分的話,可以將逆變器分為單相逆變器和三相逆變器。單相逆變器經(jīng)過逆變之后會產(chǎn)生單相的交流電,而三相則是輸出三相交流電。如何判斷逆變器的好壞主要從以下幾個標(biāo)準(zhǔn)來判斷。

1. 轉(zhuǎn)換效率

       由于逆變器自身也會消耗電能,所以逆變器存在的一個天然屬性就是它無法將直流電能100%的完全轉(zhuǎn)換成交流。但是,轉(zhuǎn)換效率卻是我們判斷一個逆變器好壞的一個標(biāo)準(zhǔn)。在GB/T 20321標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定:在額定輸出狀態(tài)下,其輸出容量不大于2kVA的逆變器,效率應(yīng)大于或等于80%;大于2kVA的逆變器,效率應(yīng)大于或等于85%。如下圖,即對逆變器效率的實(shí)測。

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                         圖3 E6500對逆變器效率的檢測

2. 紋波電壓

       紋波電壓是指直流中的交流成分,直流電壓本身應(yīng)該是一個固定的電壓值,但是由于一些逆變器中的濾波電路濾波不徹底,導(dǎo)致會有交流成分混合到直流中。因此,通過檢測輸入端的紋波電壓是一個檢測逆變器的質(zhì)量的有效手段。

3. 輸出交流的電能質(zhì)量

       逆變器在將直流轉(zhuǎn)換成交流輸出之后,交流的電能質(zhì)量是檢測逆變器的一個很重要的指標(biāo)。輸出端的交流如果存在電能質(zhì)量問題,不僅僅是影響逆變器使用效率,減少逆變器使用壽命,更有可能給使用者帶來生命財(cái)產(chǎn)的安全隱患。例如,由逆變器輸出的交流電往往含有諧波,下圖為E6500對交流的諧波檢測。

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                              圖4 E6500檢測諧波

       交流和直流之間的互相轉(zhuǎn)換是引起電能質(zhì)量問題的根源之一,如交流轉(zhuǎn)變到直流的過程中,輸出的直流可能夾帶交流成分,從而引發(fā)對電子元器件的損毀。直流逆變到交流的過程中,濾波不徹底,會給輸入端的直流造成紋波電壓,影響輸入端效率。同時又會給輸出端的交流帶來很多的電能質(zhì)量問題。諸如諧波、不平衡等等。

       逆變器和整流器在日常生活應(yīng)用十分普及,而直流交流相互轉(zhuǎn)換,其中的電能質(zhì)量問題卻往往被忽視。而這些質(zhì)量問題可能造成財(cái)產(chǎn)損失甚至人生安全(如手機(jī)充電爆炸、汽車空調(diào)自燃等)。因此,對于電器的電能質(zhì)量問題應(yīng)當(dāng)引起我們足夠的重視。


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