直流 vs 交流 | 愛迪生與特斯拉的賭局

大家都知道，愛迪生發明電燈

而特斯拉是個出名的電動車牌子

所謂交流電

是指電流電壓的大小方向按一定的頻率交替變換

市電是單相220V/50Hz

而直流電的電流電壓方向一致

電流從正極流向負極

▼ 賭 局 的 過 去 式

這個賭局還是以交流電的廣泛普及，讓特斯拉完勝

傳統的發電裝置（例如，汽輪機組，水輪機組等），都採用同步電機，產生交流電更加方便高效。

另外，零點切斷性能是交流電的殺手鐧。在電流為零的時候瞬間切斷，可以將滅弧風險降到最小。如果滅弧失當，就可能出現下面的光影效果：

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傳統的用電設備（電機，壓縮機，風扇）都是靠交流驅動，包括白熾燈用的也是人眼覺察不到的50/60Hz.的交流電

特斯拉用交流電的三把利劍贏得了勝利

但是，隨著科技的發展

天平的兩端正在發生微妙的變化

新能源太陽能和風能的出現，都對交流電的地位產生了新的質疑，太陽能產生的是直流電風能發電機由於速度的不確定性讓併網造成了困難，轉成直流是其中一個有效的解決方式。另外，工程師們發現對傳統的發電機進行變頻處理整流成直流后使用，可以讓很多發電機的效率提高5%～15%。

解決直流滅弧的安全問題一直都是百年來推廣直流的首要難題，隨著機械動力學與電力電子設備的發展，在2012年，ABB公司終於在直流斷路器及滅弧方面有了革命性的突破！據說當時ABB官方主頁是這麼炫耀的：

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變電方面

由於替代晶閘管的IGBT, SiC(碳化硅）

等電力電子器件的出現

直流變電變得更加經濟，迷你和高效

那麼直流之間的變換

是怎麼「突破」法拉第感應定律的呢？

可以用斬波控制(PWM)的理論來解釋

拿最簡單的直流變換器來說，先將電壓進行快速切片，切片的同時切割磁力線，將能量儲存在變壓器或者電感中，然後以同樣的速度，把切片后的電壓濾波整合，就成了新的直流電壓。直流變電設備切的頻率越高，設備的體積也就越小，最新的SiC和GaN的器件可以將電壓以1MHz以上的頻率然後整合，Google 的目標是將變電設備做成5kW/L體積大概是傳統變壓器的十分之一或者更小。

下圖是北卡州立大學FREEDM實驗室，研發的Solid State Transformer (SST),用來構成直流配電系統，可以將變壓器的體積減小5倍。

用電設備的結構在慢慢的發生變化，很多主流的發電機的應用，例如空調/冰箱的壓縮機都需要變成直流變頻后使用才能更加高效，更加不用說消費型電子（如LED電視機，電腦，手機），用的都是3.3V~48V的直流，以至於，谷歌(Google)和臉書(Facebook)開始在他們的數據中心推廣了直流系統。

除了上述三個方面之外，直流電還有一個獨一無二的法寶--儲能。傳統意義上，電網中的電是不能存儲的，發多少就用多少。但是，直流可以儲存在某些化學介質中。傳統鉛酸電池是不能滿足電網級別的儲能需求的。新型的電池技術，例如高密度的鋰電池讓大規模電的存儲變成了可能。大量的電，特別是太陽能中的電被存儲在了電池中，以供需要時使用跟儲能相關的移動電子設備、電動汽車都開始佔據或者進入人們的主流生活這一切都在展示著直流電的優勢。

目前，在ABB,谷歌及各類新能源的研究機構的推動下，直流在輸電和配電各種領域，都已經得到飛速的發展。對高壓直流(HVDC)的應用，也一直走在世界前列。不過，由於交流基礎設施發展了一百多年，根基實在太大，直流電想要一下子鹹魚翻身很難！不過，在下一個一百年，愛迪生和特斯拉關於交直流的賭局，誰輸誰勝很難預料，讓我們拭目以待！

《建築電氣》

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