关于220v交流电含有直流电的一点讨论

ab-cd · 发表于 2025-10-2 22:14

一个由电力变压器和众多用户终端组成的供电网络内,当有大量的非线负载同时工作时,会导致完全对称的交流电正弦波电流波形发生畸变，正半周和负半周的波形不再对称。正负半周的不对称，数学上等效于在一个交流信号上叠加了一个直流分量,这个直流分量是电流或电压波形在一个完整周期内的平均值，不是一个瞬时值。
这种数学分析方法有点烧脑,与平常直流电和交流电概念有差异,虽然能够计算出结论并且确实是科学结论,但让人费解。
diy烧友对功放的直流偏置非常熟悉。直流偏置作用是额定的静态电流确保电路工作在正确范围内,同时偏置电流也将交流信号整体上移到一个固定的直流电压值。
交流电的直流分量同样也将交流电正弦波整体上移到一个固定的直流电压值,如下图所示。

理论计算毕竟是纸上谈兵,只有理论实践相结合才能实用。
今晚真实测量自家市电里的直流电压值,看看理论的真实性。
为安全起见,使用示波器和高阻数字万用表适用的交直流电流钳形探头(霍尔元件探头,适用交直流测量),分别在入户线和风筒(半波整流)分别测量。
以上个人理解如有错误欢迎斧正。

ls0001 · 发表于 2025-10-2 23:55

功放输出级偏置电压不是交流信号，它只是飘动的直流电位，它的电流方向永远从+V流到-V，从来不换向。
交流电由于正向电流与反向电流的负载不同而造成线路阻抗分压不同。假如220V市电反向负载电流大，看起来是加在变压器的正半周电压比负半周电压大，但是负半周只是表示反向而不是负电压，只是相当于加了两次电压，加一次大点的，调转方向再加一次小点的。测量出来的“直流”电压仅仅是说明两次施加的电压差，但并不是直流。不论正向反向都是完整的从0升压到回降至0的过程，不论电压大小在电流换向时刻变压器的磁能都回到0。所以，实际上这个电路没有什么屁用，更别说那些有可能令二极管导通的错误搞法。

ab-cd · 发表于 2025-10-3 00:49

本帖最后由 ab-cd 于 2025-10-3 01:02 编辑

ls0001 发表于 2025-10-2 23:55
功放输出级偏置电压不是交流信号，它只是飘动的直流电位，它的电流方向永远从+V流到-V，从来不换向。
交流 ...

谢谢回复。
赞成"正半周电压比负半周电压大...相当于加了两次电压，加一次大点的，调转方向再加一次小点的"这个描述,我认为这就是正负半周的不对称表现,在数学上等效于在一个交流信号上叠加了一个直流分量,测量是为了证明这一结论。
对"测量出来的“直流”电压仅仅是说明两次施加的电压差，但并不是直流"这个意见有点不理解。—般认为数字万用表直流电压挡位只会显示直流电压读数不会显示交流电压读数,如果显示的直流电压读数如您所说"并不是直流",那么就是交流,问题是数字万用表直流电压挡位怎么会显示交流电压差呢?这一点想不明白。

swsw4321 · 发表于 2025-10-3 02:00

谢谢实践验证，数学是总结实践最好证明，还能发现更多的规律。数学差就不要钻牛角尖了，享受巨人的成果

ab-cd · 发表于 2025-10-3 07:32

ls0001 发表于 2025-10-2 23:55
功放输出级偏置电压不是交流信号，它只是飘动的直流电位，它的电流方向永远从+V流到-V，从来不换向。
交流 ...

谢谢回复,回复本身就是支持。讨论不分对错,讨论本身不是比赛论输赢,对或者错都不重要,重要的是有相互促进作用,即使对方回复有偏差也会促使自己检查疏忽或者错漏的地方。
比如市电中是否真存在直流分量的讨论,不同的看法促使我求助AI用文字作详细解释,然而令人失望AI固执地坚持用数学方法来分析(或者真的用语言文字难以言表)。
现代数字万用表与传统的指针式万用表完全不同。过去自己对数字万用表工作原理一知半解,今次讨论令自己怀疑数字万用表直流电压挡是否会误动作显示交流电压值,因此用数字万用表直流电压挡实测交流220v,结果显示为0v,还不放心查询了数字万用表直流电压挡工作原理,弄明白了数字万用表直流电压测量通路是以信号本身的大小和极性作为测量目标。
这就是参加讨论的好处,观点不论对错对自己都有促进作用,都是有益的。

ab-cd · 发表于 2025-10-3 07:34

swsw4321 发表于 2025-10-3 02:00
谢谢实践验证，数学是总结实践最好证明，还能发现更多的规律。数学差就不要钻牛角尖了，享受巨人的成果

谢谢鼓励。科学站在巨人的肩膀前行,后人享受巨人的成果。约瑟夫·傅里叶1822年发表《热的解析理论》,使傅里叶分析成为信号处理、量子力学、电子工程等众多现代科技领域的基石,diy发烧友作深入的信号分析同样也离不开傅里叶分解,也是享受巨人的成果。

ab-cd · 发表于 2025-10-3 10:13

本帖最后由 ab-cd 于 2025-10-3 10:19 编辑

使用霍尔元件探头测量220v市电直流电压,对准确性持怀疑态度。
AI推荐了三种方法,其中使用真有效值(True RMS)万用表的“AC+DC”功能被荐为最佳方法。刚好有UNI-T UT6E+万用表,着手进行了测量。
AI提供的计算公式:V_dc=√[(V_ac+dc)²-(V_ac)²]
测量方法:
第一步,用"AC+DC"模式(有些表叫“V RMS+DC”)测量信号的总有效值，这其中既包含了交流分量，也包含了直流分量。
第二步,用标准的ACV模式则只测量交流分量的有效值。
实际测量结果:
第一步AC+DC"模式,测得 Trms AC=220.14V, DC=0.05V, 则V_ac+dc=220.19V
第二步标准的ACV模式,测得 V_ac=220.17v
代入数据进行计算
V_ac+dc = 220.19 V
V_ac = 220.17 V
V_dc = √[(220.19)²-(220.17)²]
计算平方：
(220.19)² = 48483.6361
(220.17)² = 48474.8289
计算差值：
48483.6361 - 48474.8289 = 8.8072
计算平方根：
V_dc=√(8.8072)≈2.97
220v交流电含有大约3v直流分量。

ls0001 · 发表于 2025-10-3 11:02

ab-cd 发表于 2025-10-3 00:49
谢谢回复。
赞成"正半周电压比负半周电压大...相当于加了两次电压，加一次大点的，调转方向再加一次小 ...

问题是数字万用表直流电压挡位怎么会显示交流电压差呢?

这个交流是准确的含义应该是直流中可滤出的交流成份，就如同整流后直流包含的纹波。
直流是电流方向永远不换向才叫直流。这个“直流”是等效直流，如何等效？如果把负半周调转方向（例如整流后）它就成了馒头波的直流，由于两半波不对称所以就会呈现出一高一低、一高一低这样的馒头，“直流”就是这些高的馒头比那些低的多出来的面积等效于“直流”的面积，虽然它会在隔直电容两端积分成电压（=万用表测出来的电压），但它仍然不是真实的直流。它是数学等效模型建立的底层逻辑，但不是在变压器线圈中的真实的物理过程，真实的物理过程需要用电磁转换的方法来分析。

ls0001 · 发表于 2025-10-3 11:31

ls0001 发表于 2025-10-3 11:02
这个交流是准确的含义应该是直流中可滤出的交流成份，就如同整流后直流包含的纹波。
直流是电流方向永 ...

补充一下，如果实在无法理解这些看不见摸不着的电磁和能量的转换过程，可以直接套用结论，“隔直电路”中真正起作用的是电容，它缓存了不平衡的那部分能量而使得变成器两个电流方向的能量相等。二极管是没有起作用的，它只是防止因过载而损坏电容，相反的，如果二极管导通了，电容的作用就被破坏掉了，整个电路就起不良作用了。
所以当你看见那些用大大个整流桥的“隔直电路”直接认为是瞎搞的无用货就行了。

ab-cd · 发表于 2025-10-3 13:57

ls0001 发表于 2025-10-3 11:31
补充一下，如果实在无法理解这些看不见摸不着的电磁和能量的转换过程，可以直接套用结论，“隔直电路”中 ...

谈到了具体的“隔直电路”方面有不同意见,认为“二极管导通了，电容的作用就被破坏掉了，整个电路就起不良作用了”。
借用—张隔直流线路图来讨论一下:

如图所示,交流电火线由L输入经过隔直流模块滤除直流成分后交流加到负载,最后从N流入到零线。
我的理解,交流电正半周从火线流过整流桥的D1+D4流过负载然后流到零线;交流电负半周从零线流过负载和整流桥的D2+D3再到火线。由于D1+D4和D1+D4是整流二极管串联,对交流电或直流成分来说都具有1.4v电压钳位(典型硅二极管),也就是说当交流电的直流成分小于1.4v就通不过,交流电通过后会产生1.4v电压降,这个1.4v电压降和通过电流将产生损耗功率。而电容C1～C4为交流电提供通道(理论上通交流阻隔直流)消除整流桥的1.4v电压降,降低损耗功率。
但如果负载功率较大,需要考虑普通的电容能否承受很大的电流，否则存在严重发热甚至爆炸危险。大电流状态下,电容的额定纹波电流成为最重要指标之一,必须留有足够富余量。
如果交流电的直流分量电压达到几伏以上,就需要多个整流桥串联来提高钳位电压。更高的直流电压,这个方案就崩溃了。

ls0001 · 发表于 2025-10-3 14:26

ab-cd 发表于 2025-10-3 13:57
谈到了具体的“隔直电路”方面有不同意见,认为“二极管导通了，电容的作用就被破坏掉了，整个电路就起不 ...

你的思维还停留在交流中有直流，你不知道动态分析电流电压变化的全过程。如果没有电容，在任何一个方向上加在二极管上的电压都不只1.4V，而是可以超过300V，即使它吸收了一个PN结电压，因为“隔直电路”中反方向上也有相同的PN结，并不能抵消正反两个方向上不平衡的能量，只有电容能够储存掉这些不平衡的能量，一旦二极管导通就相当于一段导线，电容被短接而失去作用。

capa · 发表于 2025-10-3 14:59

楼主确认下风筒(半波整流)是不是有二极管。如果是，弄两只按正反插在同一排插上是不是这表上就是0了~~

ab-cd · 发表于 2025-10-3 15:41

本帖最后由 ab-cd 于 2025-10-3 15:43 编辑

capa 发表于 2025-10-3 14:59
楼主确认下风筒(半波整流)是不是有二极管。如果是，弄两只按正反插在同一排插上是不是这表上就是0了~~

风筒用万用表欧姆测量过,半功率时有正反向导通特性,确认二极管整流。
风筒使用二极管整流是作为热风的半功率挡,当使用全功率挡时是沒有二极管的。
当时进行测量就担心如果显示错误,结果是害人害己。所以使用万用表直流挡分別测量了风筒半功率和全功率的直流电压,证实只有半功率才有直流电压,全功率为零电压。
觉得使用真有效值数字万用表按AI推荐的方法进行直流分量测量更准确更方便。