家庭供电应该弃用交流供电模式.doc

家庭供电应该弃用交流模式 成都技术支持工程师：郑国全一、家庭供电模式探讨：目前在家庭中，LED白光灯正在被越来越多的人们认识，3W--20W 的小瓦数LED照明灯也越来越多的进入家庭照明领域；家庭中电视机、电脑本身使用的就是交流变直流的制式，空调、冰箱等等大功率电器正在进入节能高效的直流变频时代，所以探讨家庭的供电模式有着紧迫和现实的意义现在在家庭中，供电都是采用的220V50Hz的交流电，这种供电模式是有问题的二、家庭照明交流供电的弊端：1、 交流供电会给使用者带来安全隐患 目前我国家庭的交流供电制式是：频率50Hz，电压220V；给LED照明灯采用交流供电模式现在一般方法是：每一盏照明灯采用一支开关电源通过整流滤波后由集成电路变换成低压直流电供给LED光珠，使其发光，每一盏LED照明灯内都存在可以致人死亡的交流电压照明灯在家庭中与人们的接触最多也非常频繁，仅此这个安全隐患就足以全盘否定这种交流供电模式2、 交流供电会给整个家庭带来电磁波辐射危害 LED照明灯采用交流电供电时必须由灯内配置的开关电源将其变为直流，这个变换是由开关电源内部的高频变压器和功率器件完成的，为了提高变换效率，高频变压器和功率器件必须工作在频率很高的开关状态，必然会有电磁波泄漏，这就会给使用家庭带来非常严重的电磁波辐射，这种辐射会损害人体健康，给家庭带来大量不确定的安全隐患。

3、交流电供电时的效率比直流供电效率低18% 采用交流电供电时必须采用开关电源将其变为直流一般开关电源的效率大约在80%左右，浪费很大，不符合现在节能减排的潮流趋势，因为8W的LED照明灯，交流输入功率就需要10W采用低压直流供电在要求最苛刻的场合也仅是需要采用恒流源，其工作效率高达98%以上，非常节能4、交流供电存在功率因数校正（PFC）问题 在开关电源生产中很多厂商为了恶性的价格竞争没有在电路中设置必要的功率因数校正电路，这种产品一旦大量采用以后，将会引起电网的总体效率降低，会危害电网运行安全，这是交流供电的一大弊端 5、采用交流供电会使照明灯的寿命降低 因为交流电必须经过整流滤波才能变成直流电，而每一盏LED照明灯中配置的开关电源都必须采用电解电容来滤波众所周知，电解电容寿命很低，一般的电解电容寿命大约在1000小时，长寿命的电解电容寿命也只有10,000小时而且，周围环境温度每升高10度，寿命就降低一半在LED照明灯的灯具中温升比较高，电解电容的寿命也就更短了一旦电解电容损坏，电源也就坏了，LED照明灯也无法使用了6、直流LED灯的总体成本较低LED照明灯因为是采用直流供电，不需要整流滤波，不需要高频变压器和功率器件做变换器，所以节能效率高，成本低，体积小，一般仅需要用电阻做均流即可；在有非常特殊要求的场合才需要用恒流源，但这个时候不存在高压绝缘问题，其效率可以做得非常高。

由于不需要整流滤波，不需要高频变压器和功率器件做变换器等等，就可以节约大量贵重的有色金属，社会资源得到节约，我国可持续发展的国策得以具体落实7、 交流供电模式不适宜现代光源 由于时代的限制，基于技术发展瓶颈，电力技术和设施诞生的初始阶段是交流供电模式战胜了直流供电模式，最根本的原因是直流无法进行远距离传输；但是对今天的科技技术来说，这个根本就不是一个问题人类照明光源经历了白炽灯、气体灯，现在正在进入半导体光源时代白炽灯的效率最低，它的能量不足10%转换成了光，其它有90%以上转换成了热量白白被浪费了日光灯、节能灯、金卤灯、钠灯等等都属于气体灯范畴，气体灯的工作效率有很大的提高，但很难突破50%以上的工作效率，而且它需要高压高频的供电源，一般灯体发光要用水银也就是汞做中介媒体，汞对环境是有污染的，汞激励出来的紫外线对人体也会产生危害，所以气体灯是属于应尽快淘汰的光源半导体光源的发光机理与前二者完全不同，每个LED光珠的供电电源只需要3V的直流电，效率很高，发热极小，被称之为“冷光源”，由于它拥有太多的优点，肯定是人类未来的照明光源，那么与之配套的供电源不是应该早点规划好吗？8、所有家庭照明灯改用LED灯可以至少节省半个三峡电站的发电量 现代社会，家庭中人均2盏灯是最起码的，依此计算，全国就有28亿盏灯，只需要把20W的节能灯（暂且不说大量的白炽灯）换装成8W的LED灯（在相同距离两者的光照度一样），每天2盏灯就可以节约24W电力，假设每盏灯每天使用4小时，全年全国节电率高达490亿度电，是07年度三峡电站全年发电量的80%，高于现在三峡电站全年发电量的一半。

9、为新型能源的直接利用提供了便利 目前太阳能光伏发电和利用风能发电的新型能源越来越受到重视，为了减少煤炭和石油使用，避免二氧化碳的污染，这种新型能源只会被更多的人应用太阳能光伏发电的特点就是产生出来是低电压的直流电，为了让它能够并入市电电网，一般的方法就是采用逆变器把它变换成220V50Hz的交流电，这种变换既存在变换损耗，也要消耗大量宝贵的有色金属，多一个器件总是多一个出问题的节点如果家庭中本身使用的就是低电压的直流电，这个逆变的过程根本就不需要了，省去好多麻烦，而且照明灯中的开关电源也不需要了，真是皆大欢喜三、家庭中除了照明外，其它也能实现直流供电吗？ 完全可以，剖析如下：1、家用电器的用电分析：1）电动器具：家电中使用电机的主要有空调、电冰箱、洗衣机、风扇、洗碗机、吸尘器、抽油烟机等，其实这些电器都可以直接使用直流电机目前为了节约电能，提高效率，家用电器发展的趋势就是变频控制或是采用直流无刷电机，直流变频技术是发展方向2）电热器具：家庭中所采用电流热效应的电热器具，都是可以直接改用直流电，交流电的有效值就是根据电流的热效应来定义的比如微波炉，新型的采用变频控制制式的微波炉，它的基本工作原理与脉宽调制开关电源类似，通过斩波电路调整直流工作电流，使工作电流形成一连串宽窄幅度不同的脉冲波，从而实现平滑连续调整磁控管的功率输出，微波炉也就得到了不同的微波功率。

这种微波炉效率更高、工作状态更加合理 3）信息设备--电视、音响、电脑、、DVD等，这些都是采用开关电源把220V50Hz的交流电通过整流滤波变换成300V的直流电后，再由高频变压器及功率器件降压变换成低压直流电来使用的，都可以直接输入直流电压，简单高效且成本极低 2、交流改变为直流的可行性：1）线路改造：交流220V的线路，实际承受的峰值电压是：220V*√2=308V，如果不用交流电改用300V的直流电，从绝缘耐压的角度看，线路不需要进行改造，是符合使用要求的2）功率损耗：如果改用300V直流电，功率损耗则降低为原来的220/300倍，仅是原值的0.7，就是说功率损耗降低了30%；理论上讲，直流电压还可以提高效率220V*√2，两者综合计算下来，功率损耗只有原来数值的50%，这是非常难能可贵的3）直流供电存在一些固有的问题：如在一定条件下，处在恒定电场中的部分金属容易被电解腐蚀，静电可能使导线表面吸附更多的污染物等等但是最新的HVDC技术已经解决了这些直流应用问题，如在家庭中采用双绞护套线就能够使静电产生的效应相互抵消技术标准需要做修改，比如交流的双芯插头，在交流系统中若反插尽管不太符合技术要求，但不影响用户电器的使用，在直流系统，是绝不允许这种情况发生的。

所以直流系统中的插头插座技术标准需要重新制定四、直流供电的优势1、损耗小，没有辐射损耗；2、可靠性大幅提升；3、直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方便、能实现多目标控制；4、技术简单，由于没有相位和频率，电流电压之间也就没有什么超前或是滞后；不存在功率因数补偿和有功无功问题；不存在交变电场和交变磁场的困惑；5、三相交流输电至少需要3根导线，直流输电仅需要2根即可，所以直流输电系统投资少，建设速度快；6、远程输电的发展趋势是：通过地下或是海洋向远处送电，但是交流输电一旦入地下海，与原来在空气中传输不同，介质的变化导致传输损耗变得非常大，以致超过50Km以上损耗大得无法容忍，直流输电不存在这个问题。