特斯拉的交流电早就打败了直流电，为什么现在又要搞直流输电？

有一个萦绕在心头已久的问题，我们日常生活中碰到的设备几乎都用直流电，但为什么进户的电线却是交流电呢？这个交流电还需要变压器降压到低压，然后整流、滤波和稳压后才能供给电子设备，不能一开始供直流电吗？

交流电和直流电，到底是哪个好？

直流电压和方向随着时间增加不会变化，而交流电则随着时间改变，它的电压和幅度都会发生周期性的改变！

其实最早发明的电池就是直流电，比如原电池，伏打电池甚至雷顿瓶能储藏的都是直流电，所以到1832年皮克西制成的永磁手摇发电机，输出的也是直流电，再往后发直流电的发电机和利用直流电的设备与电动机就开始普及了！

到1875年时世界上第一座发电站在巴黎北火车站建成（第一座发电站有争议，各位忽略即可，不影响本文讨论），为附近区域照明供电，当然你不用怀疑，都是直流发电机，到1913年时，全球发电量已达500亿千瓦时，其实看起来很大，不过是一个500万千瓦的电站一万小时的发电量而已。

1875年，法国巴黎北火车站附近建立了第一座火力发电站

第一次出现交直流之争是特斯拉出现后，当时全球最大的电气公司是通用公司，使用的就是直流发电技术，当时的直流电技术已经炉火纯青，但毛头小子特斯拉向爱迪生建议改用交流电（交流电最早为法拉第发现，特斯拉改进了交流发电技术），当然爱迪生并没有听从特斯拉的建议。

之后特斯拉从通用离职，创办了自己的企业，有人投资了他的交流发电技术，之后的交直流之争大家应该都知道结果了，因为到现在为止，除了特殊的支流输电技术外，没有大规模的直流电网，所有的都是交流电网，为什么直流电输了？

直流电比交流电到底差在哪里？

直流电最大的优点是发电机发什么电你就用什么电，没有中间环节，其实也可以有，我们下文再聊，当然这也是最大的缺点，为什么呢？电压变换很困难，因为发电站和用户相隔遥远，那么发电站一定想提高电压，假如按现代电流与截面积比例计算，长距离输电需要用1A一平方毫米（否则线损太大发热严重），甚至可能还更高！

那么发电站如果用220V，1000A的输出大约220KW的功率，那么需要两根截面积1000平方毫米电缆，这得多粗呢？至少要36毫米直径的电缆，加上外围绝缘皮，超过50毫米，也就是说它比小孩子的手臂还要粗！

而且路途不能太远，中间还得用直流电动机+直流发电机提升电压，然后一路提升，如果到目的地还有另一种电压，那么也需要直流电动机+直流发电机变压，这个成本高到令人发指！

假如改成高压交流电22000V，那么只要10平方毫米的电缆，大约3.4毫米直径的电缆，这个成本就低多了，当然为了增加架空线强度，反而需要增加多股线，提高其强度。

930KW升压变压器和它的控制屏

尽管很多朋友看明白了，直流电也可以高压，但直流电输变电需要直流电动机+直流发电机升压和降压，而交流电只需要一个简单结构的变压器，两者成本相比1/10都不到，所以1893年的芝加哥“哥伦比亚世界博览会”选用了西屋电气的交流电（创始人乔治·威斯汀豪斯购买了特斯拉的交流电专利），从此交流电开始风靡全世界！

三相交流电

不过当时的交流电还未形成50-60HZ的规范，那会频率比较高，相数也和现在的三相交流电不一致。

从交流到直流

交流电无论是输变电都非常方便，而且损耗小，线缆要求也大大降低，交流电的优势是非常明显的，早期亮灯也是白炽灯，无所谓直流还是交流，只要有效电压一样，那么亮度其实没什么差别，所以交流电没啥影响！

但随着无线电这些电子技术的出现，交流电的弊端就出现了，交流电无法应用在电子管上，而且它还会在系统中带来噪声，所以一般交流电系统的末端，需要直流电的位置会有一台整流发电机，也就是将交流电经过变压，然后电动再经过发电机变成直流电（或者用同步整流电机，或者用振动整流等，噪声大，效率低），这些场合应用不多，所以交流电依然可以胜任！

此后随着氩气真空管和汞弧整流管的出现，很多场合开始用这些电子设备代替机械整流，并且汞弧在上世纪70年代还在大规模使用，这性能还是不错的，后来被大功率晶闸管代替。

后来真空管这类电子设备慢慢被固态的半导体取代，后来专门发展出了功率半导体，电子设备界对电子管这类设备逐渐销声匿迹，再后来出现了中高频的开关电源，连降压变压器也被铁氧体的微小中频变压器取代了，电源也越做越小，使用也越来越方便，交流电和直流电转换再也没有以前那么麻烦。

IGBT和IGCT的区别

从直流到交流

交流电浑身都是优点，但它有一个致命的缺点，就是无法存储！因为没有一种电池可以存下交流电，所以在应急电源现场，除了发电机，其他清一色都是电池输出，然后DC-AC转换成直流电，因为现代功率电子的发展，直流和交流之间的转换效率很高，因此直流又开始慢慢复活！

相对于交流输电的三相而言，直流只需要两根线，甚至直流可以用大地做另一路的回路，而只需一根线，当然这是极端状况，直流对绝缘要求相对也会降低（一般的油浸电缆，直流工作电压是交流的三倍），而且导线线损小，没有感康和容抗，也没有趋肤效应，更没有空间电荷效应！

八交八直“和”八交九直“（特）高压交直流输电骨干网

当然这些都得益于交直流之间高效转换设备IGBT和IGCT以及碳化硅半导体元件的发展，在很多超高压，大容量输电中，直流输电占比正在逐年增加，所以着眼于未来的话，还真说不定直流和交流谁是赢家呢！

这个问题的原理说起来很复杂，简单地说，半导体二极管具有电容效应，它的电容包括势垒电容Cb和扩散电容Cd，其工作模型可以看成是电容和结电阻并联的，所以，在适当的偏置条件下，是可以通过直流电的。

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