交流電與直流電之戰

最初發布於 Jan 20, 2026, 更新於 Jan 20, 2026

1 分鐘

19 世紀末見證了歷史上最重要的技術競爭之一：交流電（AC）與直流電（DC）之間的戰爭。這場被稱為「電流大戰」的對決，主要發生在兩位傳奇發明家之間——湯瑪斯·愛迪生支持直流電，而尼古拉·特斯拉則在實業家喬治·西屋的支持下推廣交流電。

湯瑪斯·愛迪生是電氣技術的先驅，發明了第一個實用的電燈泡，並創立了愛迪生電燈公司。他主張建立以直流電為基礎的電網，認為這樣更安全且可靠。然而，隨著城市擴張，直流電的缺點——尤其是無法高效地進行長距離輸電——變得日益明顯。

ac vs dc

尼古拉·特斯拉這位才華橫溢的塞爾維亞裔美國發明家，提出了一種以交流電為基礎的替代系統。特斯拉的交流電技術在西屋的支持下，能夠以高電壓發電，並以極低的損耗進行長距離輸電，然後再轉換為較低且更安全的電壓供消費者使用。這場衝突的結果對電力分配的未來以及我們今日為世界供電的方式產生了深遠影響。若想了解更多關於電子與印刷電路板技術，請參閱我們的詳細文章：JLCPCB 如何製造 PCB。

交流電與直流電的差異：

在深入了解這場戰爭的細節之前，必須先了解交流電與直流電的核心差異：

ac dc waveforms

1. 直流電（DC）：在直流系統中，電荷以單一方向流動。這是電池與愛迪生早期設計的電力系統所產生的電流類型。直流系統必須將發電站設置在使用者附近，因為長距離輸電會造成高損耗。只要電流方向不變，電壓與電流可以隨時間變化。為了簡化，我們假設電壓是恆定的。例如，我們假設一顆 AA 電池提供 1.5V。

2. 交流電（AC）：與直流電不同，交流電會週期性地改變方向，因此在長距離輸電上更有效率。交流電可透過變壓器輕鬆轉換為不同電壓，降低傳輸過程中的功率損耗。因此，電壓也會隨著電流方向的改變而反向。交流電被用於為住宅、辦公大樓等場所供電。

交流電可透過一種稱為交流發電機的裝置產生。這種裝置是一種特殊設計的發電機，專門用來產生交流電。只要電壓與電流是交替的，交流電可以有多種形式。如果我們將示波器連接到一個交流電路並繪製其電壓隨時間的變化，可能會看到多種不同的波形。最常見的交流電形式是正弦波。大多數家庭與辦公室的交流電壓會產生正弦波。

衝突的起源：

愛迪生開創了直流電（DC），這種電流持續以單一方向流動，就像電池與燃料電池一樣。在電力發展早期，直流電是美國的標準。然而，它有一個主要缺點——難以轉換為不同電壓。另一方面，特斯拉則將交流電（AC）視為解決方案。交流電每秒改變方向多次（在美國為 60 次），並可透過變壓器輕鬆轉換為更高或更低的電壓。

為了保護他在直流電專利中的財務利益，愛迪生發起了一場抹黑交流電的宣傳戰。他散佈錯誤資訊，聲稱交流電更危險，甚至公開用交流電電死流浪動物來支持他的論點。1893 年的芝加哥世界博覽會是「電流大戰」中的關鍵時刻，愛迪生的直流電與特斯拉的交流電展開對決。通用電氣（General Electric）輸掉了為博覽會供電的合約，西屋公司以更低的成本使用特斯拉的交流電系統贏得標案。

雖然交流電成為主流，但直流電在現代應用如電腦、LED、太陽能與電動車中重新崛起。高壓直流（HVDC）現在被用於高效的長距離輸電。與其說是一場戰爭，不如說交流電與直流電如今共存於一個混合系統中——展現了特斯拉與愛迪生兩者的持久影響力。

電流大戰：

交流電與直流電的競爭很快升級為一場全面戰爭：

nikola tesla

第一章：愛迪生的恐懼行銷

愛迪生展開了一場激進的宣傳戰，試圖抹黑交流電。他公開展示交流電的危險性，電死動物，甚至支持發明電椅，以展示交流電的致命潛力。他主張交流電不適合家庭使用，可能導致致命事故。

第二章：西屋與特斯拉的反擊

西屋與特斯拉持續改進交流電技術，並透過大型專案展示其優越性。他們的一大成就是贏得 1893 年芝加哥世界哥倫布博覽會的供電合約，向全球觀眾證明了交流電的效率與可靠性。

第三章：尼加拉瀑布發電計畫

1895 年，特斯拉與西屋成功開發了尼加拉瀑布發電廠，這是一座突破性的交流水力發電站，為紐約州水牛城供電。這一里程碑鞏固了交流電作為主電力傳輸系統的地位，最終使其在全球被廣泛採用。

戰後結果：交流電的勝利：

儘管愛迪生極力反對，交流電最終成為明顯的贏家。透過變壓器升壓與降壓的能力，使交流電在長距離輸電上更為實用。因此：

美國與許多其他國家將交流電定為電力分配的標準。
愛迪生的直流電系統在大規模電網中被逐步淘汰，但直流電仍在電池與電子設備等專業應用中保有一席之地。

單相與三相交流電的基本原理：

單相交流電：單相交流電是一種電壓與電流以單一正弦波形流動的系統。這表示只有一條火線與一條中性線（有時會多一條接地線）。電壓在單一循環週期中於正負值之間交替。

在多數國家，單相電的供電電壓為 120V 或 230V（依地區標準而定）。標準頻率為 50Hz 或 60Hz，依國家而定。由於電壓會定期穿越零點，功率輸出不連續，可能導致波動。單相交流電主要用於住宅與小型商業場所、照明、加熱與小型家電、低功率馬達與設備如風扇、冰箱與冷氣機。

three phase ac

三相交流電：三相交流電是一種更高效的電力系統，由三個交流電壓波形組成，彼此之間相差 120°。此系統使用三條火線與一條中性線（或在工業設置中有時不使用中性線）。

常見的電壓等級為 400V（歐洲）或 208V（北美）用於低壓應用，工業輸電則可達 11kV 或更高。頻率與單相相同，為 50Hz 或 60Hz。由於使用三個波形，功率輸出幾乎恆定且不會降至零，使其在重負載下更高效。三相交流電的應用包括工業設施、工廠與資料中心、高功率電動馬達與機械、大型商業建築、機場與醫院。

今日的交流電與直流電：重新燃起的辯論：

雖然交流電主導了電力傳輸，但由於現代技術的進步，直流電正在重新崛起：

再生能源系統：許多太陽能板與電池儲能系統產生並儲存直流電，需要 DC-DC 或 DC-AC 轉換才能與電網整合。
電動車（EV）：電動車使用直流電池，而快速充電站通常依賴直流電來高效充電。
HVDC（高壓直流）輸電：HVDC 系統被用於超長距離輸電，與交流電相比可減少能量損耗。

結論：

電流大戰是電氣歷史上的關鍵時刻，塑造了我們今日分配與使用電力的方式。交流電與直流電之間的辯論遠未結束。兩者各有優缺點，最佳選擇取決於應用的具體需求。雖然交流電在 19 世紀獲勝，但直流電在現代應用中仍然至關重要。展望未來，我們必須持續探索並推進交流電與直流電技術，以滿足快速變化的世界日益增長的需求。無論最終是交流電還是直流電佔上風，有一件事是肯定的：電力將繼續成為人類進步的驅動力，代代相傳。隨著技術演進，交流電與直流電之間的辯論仍在繼續，凸顯了兩者在未來能源分配中的重要性。