直流电定义是电工学理论的重大失误

1 引言

在任何使用晶体管的电路中都需要直流电供电，所以世界范围内直流耗电量在不断上升。各种性能直流电压源产品在各领域迅速普及。可是用电能参数仪表测量直流电源工作的电量参数时，发现有诸多难以解释不符合电工学基础的问题，比如直流电源功率因素高低不一，负载阻值变化应该形成的分压值变化不符合直流电分压原理，电压自激震荡，甚至直流电流能够进行电磁感应以及带动电机变速转动等等。说明电工学在直流电，恒流源的电压特性定义准确性有待更深入的探求。

2 直流电特性是如何定义的

直流电(Direct Current，简称DC)，是指方向和时间不作周期性变化的电压，其中电流方向、大小不变的又称恒定电流源。

一百年前伟大的发明家爱迪生发明了直流发电原理，并利用直流发电机发电供电白炽灯照明。虽然直流电在产生、输变电能性能无法与交流电比较，但在用电侧可以满足各种用电设备恒定低电压、大电流的功率需要，已经成为现代电器设备主要的二次供电方式。

由于电力网普遍采用的是50HZ、60HZ两种交流正弦波供电模式，所以在用电侧需要对供电电压进行交-直流电压特性的转变，最常用的转换过程是220/380伏变压器降压—全波整流—电容滤波—稳压管稳压。

以下电压时间坐标示意图是电工学理论有关电源交-直流转换电压特性基本常识。图2-1是典型的供电交流电源正弦波波形，电源的正，负电压波是分布在X轴(即t轴)的两侧。图2-2是经过直流电源的全波整流电路作用之后的电压波形，变成带有交流分量的直流电，它的电压波形只分布在X轴的一侧。

图2-3是将带有交流分量的直流电再经过电容滤波之后的波形变成带有小量交流分量的直流电波形。图2-4是经过稳压管稳压之后成为大小、方向稳定的直流电。

对于交-直流转换以后形成的单向电压的特征，可以用示波器测量稳压管稳压以后电压波形来显示出来，常规的测量方法：示波器选择直流藕合信号获取方式，如示波器的电压档选择1VM格，显示结果如图2-5所示，表示电压值的水平轴线向上位移2格，说明被测直流电源额定输出2V平稳直流电压。当示波器的电压档选择2VM格，显示测试结果如图2-6，虽然表示电压值的水平轴线只位移1格，也能正确显示2V被测直流电电压值。类似的测量方法已经成为直流电源设计、生产，应用的常规电压值的测量方法。也是证明直流电，恒流电源电压特性电工学理论的重要依据。

从以上的直流电理论分析和实际检测，都证明直流电源的作用是提供不随时间变化的恒定电动势。可是对于直流电源在电路应用时又反映出来的与直流电特性相矛盾的问题，因为没有确实可信的技术实验能够说明其中存在的道理。所以几十年来在电工学有关直流电输出电压特性方面的理论定义基本维持图2-3，图2-4所表示的电压特征。

3 数字示波器是监测电源电压特性最好的技术手段。

在如何分析判断交—电转换电压波形随时间变化的测试仪器中，数字示波器是电子测试中最基础也是最重要的仪器。但在使用示波器测量电信号变化时，因为电压探头信号衰减选择、，电信号获取方式、扫描时基选择，被测电信号频率、电磁波干扰等诸多因素会对测试产生影响。所以本人对数字示波器测量工频电源、高频电源，直流恒压、恒流电源的电压特性会产生的问题进行了深入实验研究。得出的结论是电工学有关直流电的定义是完全不正确的，有关示波器测量直流电特性的测量方法也存在错误。

4 示波器正确的直流电特性检测和试验结果

4.1测试设备组成，1，25M数字示波器一台、2，高清电流采样模块一个、3，真有效值单相电量参数仪一台、4，可调精密电阻箱一个、白炽灯一个。

4.2直流电源类型：通用型可调无级恒压、恒流直流电源。

实验步骤：

一，检测实验现场市电电源电能质量

(1)首先测量试验现场电源电能质量：将高清电流采样模块串入40W白炽灯照明电路，数字示波器无源电压探头测量电流采样模块的输入、输出端的电压波形，示波器选择信号平均显示方式，交流信号藕合，水平扫描时基选择5ms，电压档选择10mv，选择自动测量模式，测量电压波曲线如图4-1所示，如果波形干净、流畅说明测试的电源工况理想。

二，直流电源联接测试仪器、额定电阻负载方法

将直流电源接入市电，示波器选择信号平均获取方式，交流档，水平扫描时基选择5ms，电压档选择20mv。将示波器电压探头探针靠接在直流电源+输出端，电压探头接地线靠接在直流电源的-输出端，将电阻箱档选择与直流电源额定功率相匹配的电阻值，将电阻的两端接在直流电源的±输出端。

三，测试直流电稳态电压输处，电量参数，电压波形

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〈1〉调节直流电源的输出电压至5V，电压、电流值指示见图4-3，示波器显示直流电源输出波形如4-4所示，电压特性为非正弦波电压特性，电压正半周电压上升时间3ms，下降时间7ms，负半周电压上升时间7ms，下降时间3ms。

〈2〉调节直流电源输出电压至10V，见图4-5，示波器显示的波形如4-6所示，电压正半周电压高，负半周电压低,直流分量比例比正半周高，电压波正半周电压时间7.5ms，负半周电压12.5ms的是非正弦波的交流特性。

〈3〉调节直流电输出电压至15V，电压、电流值指示见图4-7，示波器显示的波形如图4-8所示，呈现电压正半周电压偏高，负半周电压偏低，电压负半周直流分量比例比正半周高，电压正半周时间7.5ms，负半周时间12.5ms是非正弦波的交流特性。

〈4〉继续调节直流电源输出电压至20V，电压、电流值指示见图4-9，示波器显示的波形如图4-10所示，对比图9电压表20V指示，示波器电压输出电压波幅明显下降，正半周电压低，时间周期15ms，负半周电压高，电压输出时间5ms，是非正弦波的电压特性。

四，测量直流电源电压固有不稳定电压输出波形

针对直流电源产品在生产调试时普遍反映存在的电压震荡问题以及使用过程中直流电源在市电异常时引起的电源短暂震荡、失压故障。

〈1〉调节直流电源输出电压至8V左右，电压表、电流表指针同时产生大幅波动。按示波器显示的暂停键，扑捉信号变化，其中一副显示图见图11，电压发生偏移，电压波变为单向脉动直流电。

〈2〉调节直流电源输出电压至18V左右，输出电压波形会出现不稳定状态，波形见图12

5 结论

通过数字示波器规范的测量方式，以及正确选择测量量程、信号耦合方式，并且使用自动测量功能，测试直流电源输出电压的波形曲线变化，发现直流电、恒流源输出的各等级电压都是不同形态非正弦波的电压，正负半周时间周期都有比较大的差别，比较稳定电压输出的波形有四种，不稳定电压输出有两种，其中一个电压值出现时一定会发生电压震荡问题，可能造成电源故障。因此电力科技工作者应该重新研究认识直流电的特性，改正有关直流电的错误理论，才更加有利于电力、电子技术发展。