直流電定義是電工學(xué)理論的重大失誤

1 引言

在任何使用晶體管的電路中都需要直流電供電，所以世界范圍內(nèi)直流耗電量在不斷上升。各種性能直流電壓源產(chǎn)品在各領(lǐng)域迅速普及?？墒怯秒娔軈?shù)儀表測(cè)量直流電源工作的電量參數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有諸多難以解釋不符合電工學(xué)基礎(chǔ)的問(wèn)題，比如直流電源功率因素高低不一，負(fù)載阻值變化應(yīng)該形成的分壓值變化不符合直流電分壓原理，電壓自激震蕩，甚至直流電流能夠進(jìn)行電磁感應(yīng)以及帶動(dòng)電機(jī)變速轉(zhuǎn)動(dòng)等等。說(shuō)明電工學(xué)在直流電，恒流源的電壓特性定義準(zhǔn)確性有待更深入的探求。

2 直流電特性是如何定義的

直流電(Direct Current，簡(jiǎn)稱DC)，是指方向和時(shí)間不作周期性變化的電壓，其中電流方向、大小不變的又稱恒定電流源。

一百年前偉大的發(fā)明家愛(ài)迪生發(fā)明了直流發(fā)電原理，并利用直流發(fā)電機(jī)發(fā)電供電白熾燈照明。雖然直流電在產(chǎn)生、輸變電能性能無(wú)法與交流電比較，但在用電側(cè)可以滿足各種用電設(shè)備恒定低電壓、大電流的功率需要，已經(jīng)成為現(xiàn)代電器設(shè)備主要的二次供電方式。

由于電力網(wǎng)普遍采用的是50HZ、60HZ兩種交流正弦波供電模式，所以在用電側(cè)需要對(duì)供電電壓進(jìn)行交-直流電壓特性的轉(zhuǎn)變，最常用的轉(zhuǎn)換過(guò)程是220/380伏變壓器降壓—全波整流—電容濾波—穩(wěn)壓管穩(wěn)壓。

以下電壓時(shí)間坐標(biāo)示意圖是電工學(xué)理論有關(guān)電源交-直流轉(zhuǎn)換電壓特性基本常識(shí)。圖2-1是典型的供電交流電源正弦波波形，電源的正，負(fù)電壓波是分布在X軸(即t軸)的兩側(cè)。圖2-2是經(jīng)過(guò)直流電源的全波整流電路作用之后的電壓波形，變成帶有交流分量的直流電，它的電壓波形只分布在X軸的一側(cè)。

圖2-3是將帶有交流分量的直流電再經(jīng)過(guò)電容濾波之后的波形變成帶有小量交流分量的直流電波形。圖2-4是經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓之后成為大小、方向穩(wěn)定的直流電。

對(duì)于交-直流轉(zhuǎn)換以后形成的單向電壓的特征，可以用示波器測(cè)量穩(wěn)壓管穩(wěn)壓以后電壓波形來(lái)顯示出來(lái)，常規(guī)的測(cè)量方法：示波器選擇直流藕合信號(hào)獲取方式，如示波器的電壓檔選擇1VM格，顯示結(jié)果如圖2-5所示，表示電壓值的水平軸線向上位移2格，說(shuō)明被測(cè)直流電源額定輸出2V平穩(wěn)直流電壓。當(dāng)示波器的電壓檔選擇2VM格，顯示測(cè)試結(jié)果如圖2-6，雖然表示電壓值的水平軸線只位移1格，也能正確顯示2V被測(cè)直流電電壓值。類似的測(cè)量方法已經(jīng)成為直流電源設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，應(yīng)用的常規(guī)電壓值的測(cè)量方法。也是證明直流電，恒流電源電壓特性電工學(xué)理論的重要依據(jù)。

從以上的直流電理論分析和實(shí)際檢測(cè)，都證明直流電源的作用是提供不隨時(shí)間變化的恒定電動(dòng)勢(shì)。可是對(duì)于直流電源在電路應(yīng)用時(shí)又反映出來(lái)的與直流電特性相矛盾的問(wèn)題，因?yàn)闆](méi)有確實(shí)可信的技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘f(shuō)明其中存在的道理。所以幾十年來(lái)在電工學(xué)有關(guān)直流電輸出電壓特性方面的理論定義基本維持圖2-3，圖2-4所表示的電壓特征。

3 數(shù)字示波器是監(jiān)測(cè)電源電壓特性最好的技術(shù)手段。

在如何分析判斷交—電轉(zhuǎn)換電壓波形隨時(shí)間變化的測(cè)試儀器中，數(shù)字示波器是電子測(cè)試中最基礎(chǔ)也是最重要的儀器。但在使用示波器測(cè)量電信號(hào)變化時(shí)，因?yàn)殡妷禾筋^信號(hào)衰減選擇、，電信號(hào)獲取方式、掃描時(shí)基選擇，被測(cè)電信號(hào)頻率、電磁波干擾等諸多因素會(huì)對(duì)測(cè)試產(chǎn)生影響。所以本人對(duì)數(shù)字示波器測(cè)量工頻電源、高頻電源，直流恒壓、恒流電源的電壓特性會(huì)產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行了深入實(shí)驗(yàn)研究。得出的結(jié)論是電工學(xué)有關(guān)直流電的定義是完全不正確的，有關(guān)示波器測(cè)量直流電特性的測(cè)量方法也存在錯(cuò)誤。

4 示波器正確的直流電特性檢測(cè)和試驗(yàn)結(jié)果

4.1測(cè)試設(shè)備組成，1，25M數(shù)字示波器一臺(tái)、2，高清電流采樣模塊一個(gè)、3，真有效值單相電量參數(shù)儀一臺(tái)、4，可調(diào)精密電阻箱一個(gè)、白熾燈一個(gè)。

4.2直流電源類型：通用型可調(diào)無(wú)級(jí)恒壓、恒流直流電源。

實(shí)驗(yàn)步驟：

一，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)市電電源電能質(zhì)量

(1)首先測(cè)量試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)電源電能質(zhì)量：將高清電流采樣模塊串入40W白熾燈照明電路，數(shù)字示波器無(wú)源電壓探頭測(cè)量電流采樣模塊的輸入、輸出端的電壓波形，示波器選擇信號(hào)平均顯示方式，交流信號(hào)藕合，水平掃描時(shí)基選擇5ms，電壓檔選擇10mv，選擇自動(dòng)測(cè)量模式，測(cè)量電壓波曲線如圖4-1所示，如果波形干凈、流暢說(shuō)明測(cè)試的電源工況理想。

二，直流電源聯(lián)接測(cè)試儀器、額定電阻負(fù)載方法

將直流電源接入市電，示波器選擇信號(hào)平均獲取方式，交流檔，水平掃描時(shí)基選擇5ms，電壓檔選擇20mv。將示波器電壓探頭探針靠接在直流電源+輸出端，電壓探頭接地線靠接在直流電源的-輸出端，將電阻箱檔選擇與直流電源額定功率相匹配的電阻值，將電阻的兩端接在直流電源的±輸出端。

三，測(cè)試直流電穩(wěn)態(tài)電壓輸處，電量參數(shù)，電壓波形