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标准的220v市电是纯正弦波交流电,电压和电流完全对称,正半周和负半周的幅度相等、形状相同,其平均值(直流分量)为零。
如果存在半波整流整流器的负载,由于半波整流整流器只允许电流在一个方向流动(例如正半周),另一个方向则完全阻断电流(负半周),产生的电流波形不再是正弦波,而是一连串的正向脉冲。
任何周期性波形通过傅里叶级数可以分解为一个直流分量(平均值)、一个基波分量、一系列谐波分量。
由于半波整流的脉冲电流,它的平均值(直流分量)不为零,这个看似“交流”的电流,实际上叠加了一个直流电流(计算部分让AI去干)。
电网不是超导体,供电变压器到用户端存在电阻(只讨论直流,忽略供电线路的感抗),不对称设备产生的直流电流分量就会在电网线路上产生的微小直流电压(欧姆定律)。
假设一个半波整流设备,从电网吸取的平均电流(直流分量)0.5A,从用户电表到供电变压器的线路总电阻(火线+零线)0.5 Ohm,这个直流电流在电网线路上产生的直流电压为:U_dc = 0.5A × 0.5 Ohm = 0.25V。这个0.25V的直流电压会叠加在原本的220V交流电压上,其他用户接收到的电压就变成了 “220V交流 + 0.25V直流”。
由于电网容量巨大线路阻抗较小,单个普通家电(如老式充电器)产生的直流分量和由此带来的直流电压微乎其微。但是,如果在一个区域内有成千上万个这样的非线性设备(如电脑、LED灯、手机充电器等)同时工作,它们产生的直流分量可能会叠加起来,可能会达到不可忽视的程度。
当市电直流电压比较高时,最典型的影响是变压器磁饱和,对HI-FI设备影响可能明显。
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