人类对电力的认识与研究,始于直流电。19世纪中期电报机、电弧灯的发明及应用,都是基于一次电池及二次电池供电,发电机的发明,是为了解决二次电池的充电问题。所以最初的发电机是直流发电机,由此形成了原始的直流电力系统。虽然后来发明了交流发电机,但为了兼容当时的直流电力系统,交流发电机发出的电能需要经过整流才能使用,当时维一的整流器件是机械整流子,它太不可靠。
直流电机的发明,领先交电电机40余年,加上当时电力系统是直流电的天下,所以交流电机基本上没有派上用场。
随着电力应用的推广,直流输电面临一个巨大的困难,那就是低压输电的线路损耗问题,低压直流电力的传输被限制在距离发电厂几公里以内。远距离电力传输的需求,催生了高压输变电技术的出现,它是电力系统发展史上一次重大的技术革新,交流电从此改写了电力应用的篇章,也为交流电机的应用提供了条件。
由于交流电机直接由电力网提供电力,加上结构简单,可靠性高,价格低廉,从此开始被大量应用。直流电机只被用在特殊的领域。
其实,不管是交流电机还是直流电机,电枢里流过的都是交变电流,它们最大的区别,在于交流电机的交变电流由交流电源直接提供,而直流电机的交变电流由直流电源经换向子转换后提供。
从电磁学的观点看直流电机和交流电机电机,它们没有本质上的区别,我认为两种电机的最大区别,只在于供电电源的不同。
随着电力功率器件及控制技术的发展,加上节能意识的盛行,变频技术在大功率电机应用中不断发展。而变频电机系统实际上就等于“直流电机”。由于变频技术无需功率补偿,交流电机无功功率的能量交换在变频器内部直接完成。很多大型电机,包括钢厂的轧钢电机,也开始使用变频技术。
但是,交流输电有一个问题,就是输电线是一个复杂的R、L、C电路,需要用补偿元件进行参数补偿。用电端还要加功率因素补偿,非线性负载的广泛应用,谐波电流已经危害到电力系统的安全,对于海底输电,由于输电线芯、绝缘护套与海水组成巨大的电容器,高压交流电根本无法传输,而如果回复直流输电,则L、C参数只有利而无害,这些问题立即解决。
高压直流输电技术已经开始应用十余年,现在到得了很大的发展,上千公里长的输电干线上传输的,不再是高压交流电,而是高压直流电。在变电站内,成百上千甚至上万的电力功率器件,组成了功率变压变流系统,代替原来的降压变压器,向用户端电力变压器输送3-10KV末端高压交流电。
这样的单只电力功率器件,控制容量已经超过10MW,完全可胜任大多数大型交流电机的变频控制。即使是变态到需要独占一座变电站才能满足供电的“巨型电机”,其供电电压也在10KV以上,完全可以重新设计变电系统,让它成为“巨型电机”的变频器,但我想人类还没有这么大的电机吧! |