交流电和直流电相比，它们各自的优缺点是什么？（交流电和直流电的区别是啥）

 

CNABB同事转来的回答贴，是一个很大众化的问题同事期望回答适当偏理论，笑！我就冲着这个“适当偏理论”来回答吧既然偏理论，此贴的分析过程超出中学生的知识范围，因此我以简单表达式的定性分析为主来展开论述首先来分析直流电与交流电的波形，看看有何区别

我们看图1：

我们从图1中看到，直流电压是稳定的，这从直流电压随着时间的推移它的大小和方向都未发生改变我们从图1种看到交流电压也是稳定的，但交流电压的大小和方向随着时间发生周期性变化注意：所谓大小，指的是电压的幅值我们看到，直流电压的幅值大小始终未发生变化，而在0到T/2半个周期内，交流电压的幅值大小从零变到最大值，然后再从最大值变到零。

从T/2到T的后半个周期内，电压的方向改变了，它从零开始变到反方向的最大值，然后再变回到零为了准确地描述交流电流和交流电压，我们设想，把图1中的直流电路密封在保温箱内，经过了时间t，箱体内的温度升高到

θt\theta_{t} 然后我们更换交流电路在箱体内，并且使得箱体的初始温度与直流电路试验的初始温度完全一致经过了时间t，我们发现两者的温度完全一致，都是 θt\theta_{t} 也即： Pdc=P

ac⇔I2Rt=i2RtP_{dc}=P_{ac}\Leftrightarrow I^2Rt=i^{2}Rt于是我们定义，直流电流I的值为交流电流i的有效值同理，我们定义直流电压Udc为交流电压Uac的有效值。

对于交流电流和交流电压来说，电流的最大值 ImaxI_{max} 与电流有效值I之比是 2\sqrt{2} ，也即 Imax=2II_{max}=\sqrt{2}I ；同理，电压的最大值 UmaxU_{max}

与电压有效值U之比是 2\sqrt{2} ，也即 Umax=2UU_{max}=\sqrt{2}U 于是，我们就可以写出交流电流的表达式了：i=imsin⁡(ωt+ϕ)i=i_m\sin(\omega t+\phi )。

式中， imi_m 是交流电流的最大值， ω\omega 是角频率， ϕ\phi 是初相角最有意思的是整流后的直流电压波形，对于中学生来说，他们认为是交流电其实，这也是直流电，它的准确名称叫做脉动直流。

所谓直流电，指的就是方向不变的电流或者电压，并且一定要出现在电能供应的环节中至于脉动直流，还有锯齿波、方波等等，我们把这种脉动的直流叫做电脉冲信号，以区别于直流电我们现在就可以展开讨论了第一：直流电相对交流电，它不存在周期性的变化，显得更加稳定。

这一点，我们从图1中就能明确地看到。对于半导体电子电路的供电，几乎没有例外，都采取直流供电。如若采用交流供电，则必须先行整流滤波，变成稳定的直流电压后再给电路供电。图2是一个典型的单片机电路：

我们在图2中看到，交流电源经过整流滤波得到直流电源，然后再经过三端稳压器（直流稳压电源）变换，得到合适的直流工作电压供电路使用利用这套方法，不管是家用电器也好，是工业控制器也好，甚至连我们手上正在使用的手机以及类似的电子设备，它们内部的供电都是直流电。

当然，对于移动的电子设备，其内部要配套可充电的电池，以实现工作的连续性和稳定性

第二，直流磁路与交流磁路相比更加稳定，重要场合的继电保护一般均采用直流供电的继电器我们看图3：

图3中，当线圈通电后，铁芯与衔铁之间会产生电磁吸力电磁吸力克服反力弹簧施加的反力，使得衔铁及触点系统一起吸附在铁芯上当线圈失电后，衔铁和触点系统则在反力弹簧作用下返回初始位置直流线圈产生的磁通 ϕ\phi

是稳定的，我们把电流I与线圈圈数N的乘积叫做磁势，并且有 IN=constIN=const ，也即磁势等于常数由于直流电流是稳定的，直流磁通也是稳定的，直流磁势当然也是稳定的也因此，把直流电磁系统叫做恒磁势系统。

我们来看麦克斯韦电磁吸力的公式： F=ϕ22μ0SF=\frac{\phi^{2}}{2\mu_{0}S} ，这里F是电磁吸力， ϕ\phi 是磁通， μ0\mu _0真空中的磁导率，S是磁极面积对于直流电来说，这几个参量都是固定值，因此直流电的电磁吸力是恒定的。

但对于交流电又会如何？由磁路的基尔霍夫第二定律， ∑k=1nϕkRk=∑j=1m(IN)j\sum_{k=1}^{n}{\phi_{k}R_{k}}=\sum_{j=1}^{m}{(IN)_j} ，我们可以看到交流电流与磁通的关系十分密切。

既然交流磁路线圈中流过的是交流电流，那么交流磁通 ϕ\phi 是当然也是交变的设 ϕ=ϕmsin⁡ωt\phi =\phi _m\sin \omega t ，我们把它代入到麦克斯韦电磁吸力公式中，得到：。

F=(ϕmsin⁡ωt)22μ0S=ϕm24μ0S−ϕm24μ0Scos⁡2ωt=Fh+FjF=\frac{({\phi _m\sin \omega t})^{2}}{2\mu_{0}S}\\=\frac{\phi_{m}^{2}}{4\mu_{0}S}-\frac{\phi_{m}^{2}}{4\mu_{0}S}\cos2\omega t \\=F_{h}+F_{j}

这说明什么？说明交流磁路的电磁吸力F由恒定部分Fh和交变部分Fj两部分构成F的最大值等于恒定部分的两倍，即 Fmax=2FhF_{max}=2F_h ，最小值则为零，即 Fmin=0F_{min}=0 。

也就是说，交流磁路的电磁吸力是不稳定的，必须在磁极端面上安装分磁环，使得磁通过零时它的吸力不为零。尽管如此，交流磁路中铁芯与衔铁之间还是会出现交流声，并且会发热。

交流电的电磁系统又叫做恒磁链系统这里的恒磁链指的是 ϕN=const\phi N=const ，也即磁路等于常数现在我们知道了为何比较重要的控制系统的工作电源一定要用直流电，其目的就是要让继电器和继保装置稳定地工作。

这也是变电站、移动公司基站和银行计算机中心的配电系统工作电源都采用直流屏供电的原因第三，交流电产生的电弧比直流电产生的电弧更加容易熄灭我们来看下图：

左图是电路图，我们看到左侧的交流电源E根据基尔霍夫第二定律，我们可以写出它的微分方程表达式： Uh=E−LdIhdt−IhRU_h=E-L\frac{dI_h}{dt}-I_hR 在这里，表达式并不重要。

重要的是触头开断后的物理过程我们设开关K在t=0时刻打开，于是在K的触头间出现电弧我们看右图图中的U是电源电压波形，Uh是电弧电压波形我们知道，电弧其实就是空气原子被电离，它包括电子和正离子电子是负离子，质量较轻跑得快，丢失了电子后的原子是正离子，它的质量大跑得慢。

当电压处于正半周时，右图中左侧设为阳极，右侧设为阴极我们看到正离子从阳极出发奔向阴极，负离子则从阴极出发奔向阳极由于正离子的质量远远大于负离子，因而正离子跑得慢，它会在阳极附近产生堆积当电压过零时，气体的电离过程停止，正负粒子也都停在原位并复合。

残留的正离子堆积在原先的阳极附近当电压进入负半周时，原先的阳极变成阴极，它要发射电子（负离子），然而在阴极附近却存在正离子的阻挡层，负离子的发射在很短的一段时间内受阻，电弧的重新起燃也受阻这种效应叫做交流电弧的近阴极效应。

正是有了近阴极效应，所以用于低压交流电的各种开关电器，尤其是低压断路器，都具有一定程度的电弧限流特性这种特性对于直流电来说，却毫无用处，毕竟直流电不存在过零过程由此可见，直流电弧的熄灭要比交流电弧的熄灭困难得多。

第四，交流电的电压变换通过变压器实现，比直流电更加容易变压器，人尽皆知。

在交流配电网中，用变压器变换电压非常方便，这是交流电得到广泛应用的最主要原因之一关于变压器，有一个很重要的值，就是4.44这个常数的来源几乎成了职场新人入职首日必考的内容我来简单解释一下：变压器的一次回路感应电动势Em有如下关系：。

Em=2πfN1ϕm2≈4.44fN1ϕmE_m=\frac{2\pi fN_1\phi_{m}}{\sqrt{2}}\approx 4.44fN_1\phi_{m}原来， 2π2≈4.44\frac{2\pi}{\sqrt{2}}\approx 4.44

，这个常数就是这么来的，职场新人们务必记住。我们看图5：

图5是某医院的配电系统图我们看到TN-S的配电网中用变压器变换为IT接地系统，为手术室供电如此一来，手术室中哪怕发生了单相接地故障，也不会因此而停电，系统可以继续运行这种做法，直流电系统中是无法实现的第五，交流电驱动的

三相鼠笼式电动机结构简单、性能稳定且工作可靠，比直流电动机更容易控制，得到广泛的运用，由此促进了交流电的广泛运用在我的书《低压成套开关设备的原理及其控制技术》表1-22“电动机机械特性”中有如下内容：

我们看到电动机的转矩T与频率f1成反比由此我们可以用变频器来对电机实现调速，非常方便早先还没有变频器时，直流电动机的调速性能优于交流电动机，那时不得不在交流配电网中构建直流系统，用以驱动直流电动机变频器出现后，这种现象几乎绝迹了。

看来，在电能的输送、配电和用电中，还是交流电好。第六，交流电驱动的照明灯具，例如日光灯，使用非常普遍，比直流电驱动的照明灯具要方便得多，这也是交流电被广泛使用的原因之一。我们来看图6：

图6是日光灯电气原理图我把日光灯的工作原理简单地描述一下：1）当电源接通后，我们看到灯管内是没有通路的，所以220V电压就会通过A端和B端的灯丝连接到氖泡Ne上氖泡内的氖气击穿电压大约在150V到200V之间，现在氖泡两极之间加载的电压是220V，所以氖气被击穿进入辉光区域，并且持续发热。

发热使得氖泡内的双金属片电极接触到一起，氖泡电压降瞬间变为零，氖泡内的氖气放电停止，温度迅速下降，双金属片电极打开2）当氖泡内的双金属片电极打开后，线路断开，电流减小到零镇流器M中的电感产生反向电动势，反向电动势

e=−Ldidte=-L\frac{di}{dt} ，因为di/dt的值较大，因而反向电动势大约在1500V到2000V之间此电压加载在灯管A灯丝与B灯丝之间，使得灯管中的气体被击穿，日光灯管内的气体进入正常的辉光放电状态，其电压迅速下降到110V~150V。

此时镇流器起到稳定电流的作用由于灯管压降小于氖泡气体的击穿电压，因此氖泡不再工作这是在交流电源下日光灯管的工作过程如果我们把电源换成220V直流电，又会怎样呢？在直流电源下，氖泡的工作过程和灯管被击穿的过程与交流电源一致。

当系统进入正常运行状态时，由于是直流电压电感起不到镇流作用，灯光电压较高，氖泡将再次击穿注意到氖泡的放电与灯管的放电是并联关系因为灯管放电属于长弧放电，它的功耗大于氖泡放电的短弧，所以灯管放电会熄灭灯管熄灭后，氖泡会再次点燃它，然后灯管再次熄灭，灯管进入到点燃-熄灭-再次点燃-再次熄灭的循环状态。

可见，直流电是无法让日光灯正常工作的，日光灯只能用于交流电供电的场所注意，氖泡的放电影响到灯管的放电，可以类推到本贴中第3部分直流电路的灭弧在直流电路中将两个电弧并联，则较强的电弧将被抑制，甚至熄灭这种方法是很常见的直流电弧熄灭法。

我们看下图：

图中的H1是主弧隙，我们想象它就是断路器的主触头，H2是与H1并联的辅助弧隙辅助弧隙H2串联了电阻Rh当主触头和辅助触头分开后，线路中出现了两个弧隙H1和H2由于辅助弧隙H2影响到主弧隙H1，所以H1中的电弧会加快熄灭。

当H1电弧熄灭后，电弧电流转入到H2弧隙中由于受到H2串联的电阻Rh的影响，H2中的电弧也接着熄灭这样处理后，可以有效地抑制电感L产生的开断过电压=============简单地说了6条，我们可以看出，题主的主题“

到底是交流电好还是直流电好”，这个问题不能简单地下结论，一定要结合实际运用才能得到结果在电能传输和配电方面，交流电已经处于绝对优势地位在电子线路的供电方面，直流电处于绝对优势地位应当看到，在电力输送方面，直流超高压输送电正在发展中，指不定哪一天直流输送电也会成为现实，也是很难说的。

此文档匆忙写成，也不知道内容是否有问题。因此，此帖子后续会有修改。