直流电和交流电有哪些区别？-直流电跟交流电有什么区别

看波形图，就可以很直观地了解交、直流电的区别，以及它们的许多性质。

一、直流电与交流电

直流电：是沿恒定方向单向流动的电流。下图是恒定直流电压的波形，横坐标是时间，纵坐标是电压（当然也可以是电流）。

上图中，电压一直能保持稳定不变的。一节干电池的电压为1.5V，在负载不大且电力充足时，可以认为电压稳定不变的。不过随着电力下降，输出电压会降低。

除了恒定电压的直流电，还有电压波动变化的直流电：

上图中2个波形的直流电压是“脉动”的，分别是“半波整流”和“全波整流”后的波形。但他们都是直流电，电压方向是不变的。

下图是交流电的波形：

交流电( AC ) 是一种周期性地反转方向并随时间连续改变其大小的电流。

我们平时用的220V市电，就是交流电。如果要点亮灯泡，交流电和直流电都是可以的。但感应电机需要交流电驱动 ，而大多数电子设备，内部都需要直流供电。

二、交流电的波形

相比直流电，交流电的大小和方向都在变化，并且是周期性的变化，所以显得复杂。有许多参数用来描述交流电的特征。

第一个参数就是频率。因为交流电是周期性变化的，比如我们常用的220V市电，频率就是50赫兹，也就是每秒变化50次，每次算一个周期。上图的波形表示一个周期。

因为是周期性重复的，所以用一个圆角度来描述各个时间点，一个周期就是360度。除了用角度，还可以弧度来表示。圆频率与波形关系可用下图表示：

数学上，用正弦或余弦函数都可以描述，它们之间相差90度。

交流电的第2个参数是振幅。因为交流电的大小随时间不停地变化，最大值就是振幅。交流电的第3个参数是相位。上图列出了这3个参数与图形位置的对应关系。如果这个交流电上还叠加了直流电（上图就是这种情况），那么整个正弦波还会上下整体移动，这种效果在数学上用第4个参数“直流分量C”来描述。

上图是几个特殊的振幅，正峰值 Vp，负峰值 -Vp，峰峰值 Vpp、有效值 Vrms。

对220V市电交流电来说，有效值就是220V。可以计算出峰值电压为311V。

上图是一个初相为0的正弦波。从波形图上可见，除了正峰值和负峰值 ，一个周期的交流电还经过了3个“零点”，就是电压为0的点，这个特征在许多设备中有应用。而直流电是不存在0点的。

三、三相交流电

上面介绍的是单相交流电，家庭电器大多使用单相交流电。但工厂里，以及小区配电，使用的是三相交流电。

三相交流电，相当于3路单相交流电的组合。组合规则是，A、B、C时间上各相差120度，相当于1/3个圆周的角度。对于50赫兹的频率来说，一个周期为0.02秒，再分成3份，每份就是6.67毫秒，也就是这120度的相位差对应的时间是6.67毫秒。

看上图，在时间0点处，A相电压（红色线）开始上升，120度即6.67毫秒后，B相电压（黄色线）开始上升，再6.67毫秒即240度时，C相电压（蓝色线）上升。到360度时，A相已完成一个周期。

要注意，三相交流电是三条线路分开的，不是在同一条线路上出现3个波。所以在三相电气柜里可看到电线也是分三色来区分三个不同的相（各国标准不同，有的是用红、绿、黄三色）。

有人会问：三相相当于三路的话，按每路需要一来一回要2条线，三相岂不是需要6条线？理论上是这样的，不过人们很聪明，想出了一种叫“星形连接”（也叫Y形连接），只需要4条线、甚至只要3条线就能进行三相供电。

这个图中，左侧代表供电侧（可以是发电机或变压器），可见三个线圈有一个公共端O，接公共端的线叫“中线”，用N表示。这样，4条线就能实现三相供电。如果三相上接的负载完全相同，也即三相平衡，这时中线不会有电流，用3条线也行，不过一般情况下绝对平衡不容易实现，还是要用4线。

三相配置下，有效电压有“线电压”和“相电压”2种：

看上图，两根相线之间的电压是“线电压”，每根相线与中线之间的电压是“相电压”。我国低压配电中的线电压是380V，相电压是220V。注意，这个值是有效值，如果要计算峰值，那还得乘以根号2，即1.414倍，分别为537V和311V。

现在小区配电都是三相电，不过每个家庭终端，可能只是用了其中的一相。不同的家庭接入到不同的相，以尽量做到平衡。

四、交流电与直流电之间转换

交、直流电之间是可以转换的，交流到直流（AC—DC）叫“整流”，直流到交流（DC—AC）叫“逆变”。

1、交流变直流

下图显示了交流电经过一个二极管整流前后的波形图和电路图：

下图显示了交流电经4个二极管组成“桥式整流电路”整流为直流电的波形图和电路图：

三相交流电也可以整流为直流电，下图是电路图：

三相整流前后的波形如下图所示：

整流后的直流电是“脉动”的，许多电子设备需要的是像干电池一样平滑的直流电，所以还需要电容或电感进行“滤波”后，变成较为平滑的直流电才能使用。

2、交流变交流

这种情况主要是变换电压，即升压或降压，使用的是“变压器”：

上图中，2个独立线圈缠绕在同一个硅钢片叠成的磁芯上，左侧的线圈叫“初级线圈”，右侧的线圈叫“次级线圈”，通过电磁能量转换，初级线圈上的电压，可以在次级线圈上感应出电压来。电压的变化与线圈的匝数有关。

3、直流转交流

这种情况需要“逆变”。逆变器是复杂的电子电路，如下图所示：

直流电DC通过4个开关，交替导通和关断，可以让电流不停地改变方向，输入到变压器的初级线圈上，这个过程实际上就是把DC变成AC了，但开关的切换产生的是方波（图中下面绿色块所示），通过方波的“占空比”变化 ，模拟出正弦波来，经变压器后，就可以产生与正弦波接近的交流电了。实际逆变器中，开关用的是半导体组成的电子开关，每秒种可以开关上万到几十万次。

4、直流到直流

这种情况主要也是用于电压的升降，变换的原理和设备更复杂，先将直流逆变成交流电，再整流回来，是上面三种情况的组合。下图就是一块升压电路板，可以将大阳能电池板不稳定的直流电升到指定的电压，从而驱动电器或给电池充电。

五、交流电的优点

1、容易变压

2、方便传输

下图显示了交流电从出厂到用户之间的传输线路上使用了不同的电压等级，图中的线路用到了4种电压。为了长距离输电，中间长线路使用了400KV的电压。各级电压之间，使用的就是变压器。只有交流电，可以很方便地完成这种电压变化。而直流电，以前几乎不可能，现在技术进步了，使用电力电子设备可以进行逆变，但成本很高。

下图是显示了另一种电压体系的传输线路。

为了减少输电过程中的能量损耗，线路电压越高越好，我国目前是世界上建设500KV、800KV甚至1000KV特高压超高压线路最多、最长的国家。下图显示了正在架设线路的超高压输电塔。

3、驱动电机

说来你可能不信，世界上有近70%的电力在驱动大小电动机。

当年，尼古拉特斯拉就是因为交流电能直接产生电机所需要的“旋转磁场”（EMF），才发明三相交流电的。下图是EMF的示意图，EMF是由固定不动的定子产生的，下图的定子作了虚化处理，能看到的是里面的转子。

4、交流电可以方便转换为直流电

但直流转交流就要麻烦得多。下图是变压、整流、滤波电路。

下图是一个小型电源，也是将220V交流电转换为低压直流电的。但使用的不是上面的简单电路，而是使用所谓“开关电源”的原理，先将220V交流电整流为高压直流电，再通过高压电子开关产生10K赫兹以上的高频交流电，再通过变压器降到所需的低压（如5V），再整流滤波。这样做，看起来很麻烦，但高频变压器可以做得很小，从而使用这类电源的体积和成本都能降低。

5、灭弧

各类建筑，大量使用了下图所示的“空气开关”及“漏保”，内部有一个叫“灭弧室”的部件，利用的就是交流电会“过零点”的原理。

下图显示了灭弧室的结构，它的原理利用了交流电每个周期都过有2次经过“零点”，从而使断开大电流时的产生的电弧容易熄灭。但如果是直流电，这种电弧很不容易熄灭，会导致设备损坏甚至发生火灾。

不要小看大电流中断时产生电弧，下图是高压开关通断时的电弧，看起来怕兮兮的。

最后，不管是交流电还是直流电，他们都是现在这个科技世界中扮演着不可或缺的角色。你现在看到的文章，就是靠着它们奔流不息、千变万化才进入到你明亮而聪慧的双眼的。