Если адаптеры постоянного тока так распространены, почему переменный ток используется в строительстве по умолчанию?

Я не уверен, есть ли лучшее место, чтобы спросить это или нет.

Почему, по крайней мере, здесь, в Америке, стандартная электрическая система настроена на переменный ток (AC), а не на постоянный ток (DC)? Я только что завершил переезд на большое расстояние и понял, сколько адаптеров постоянного тока у меня есть и сколько моих устройств требует питания постоянного тока:

• Все мои гитарные педали.
• Мой будильник
• Мои внешние жесткие диски.
• Мой USB автомобильный HDD док.

... И список продолжается. Если нам почти постоянно приходится использовать адаптеры постоянного тока для преобразования переменного тока в постоянный, то почему стандартным постоянным током не является то, что люди сопротивляются переменам?

Трансмиссия / Функциональные причины:

1. Переменный ток дешевле - меньше потерь энергии от генератора до конечного пользователя.
2. Высокое напряжение дешевле транспортировать - потеря мощности составляет I ^ 2 * R. R постоянна по любой линии. Для одинакового количества мощности (Вт) P = IV. Таким образом, мы можем уменьшить потери мощности, увеличив напряжение. - Это приводит нас к способности к трансформации. Я могу легко пропустить переменный ток через трансформатор, чтобы перепрыгнуть напряжение вверх или вниз (с соответствующим изменением тока). Для этого с DC требуется еще несколько шагов.
3. [приложение] Если бы мы только освещали и нагревали электричеством, нас бы не волновало переменное / постоянное напряжение с функциональной точки зрения. Тем не менее, многие вещи в наших домах используют двигатели, а двигатели переменного тока дешевле и служат намного дольше, чем двигатели постоянного тока. Однако, когда мы впервые проложили кварталы, это не было фактором.

Для дальнейшего изучения преобразований напряжения:

• Для изменения напряжения в сети переменного тока необходим трансформатор . В основном две катушки проволоки и кусок металла.

• Для повышения напряжения в постоянном токе сначала инвертируйте в переменный ток, затем пропустите через трансформатор , а затем преобразуйте в постоянный ток. Получающийся DC не будет гладким, если вы не добавите больше электроники. Каждый шаг имеет некоторое количество отходов в виде тепла.

• Размер проводника пропорционален току, обычно называемому « амплитудой ». Больше тока требует более толстых проводов. Падение напряжения зависит как от тока, так и от расстояния. Таким образом, более длинные провода должны быть толще. С более толстыми проводами работать сложнее и дороже, поэтому более высокое напряжение / более низкая сила тока значительно выгоднее.

(Изоляция пропорциональна напряжению, так как это опасно, поэтому высокое напряжение не является замкнутым.)

• Переменный ток поддается многофазному распределению. Это уменьшает общий размер проводника (дешевле, с ним легче работать).

Многофазность хороша для электродвигателей.

Американские дома обычно получают 240-вольтовую фазу + нейтраль от уличного трансформатора. Тяжелые устройства (например, духовка) могут работать с обеими лампами, для 240V. Световые устройства (мой ноутбук) могут работать на один горячий + нейтральный. Это работает хорошо. Смотрите также: Многопроволочные ответвительные цепи.

Пример из практики: Мой RV имеет систему питания 12 В постоянного тока. Провода должны быть толстыми, потому что усилители высокие. Если я закрою свое обручальное кольцо, оно растает. Мы хотим приводить в действие большие нагрузки, такие как воздуходувки печи. RVs выиграют от 24 В пост. Тока или выше, но нам нужны легковые автомобили, чтобы переключиться в первую очередь; Р. будут следовать.

Тематическое исследование:

Фотоэлектрические (солнечные панели) установки на крышах зданий страдают, потому что они производят относительно низкое напряжение постоянного тока. Если есть длинный провод от массива фотоэлектрических батарей к аккумулятору или инвертору, он теряет много энергии в виде тепла. Некоторые движутся к «микроинверторам», где у каждой панели есть свой инвертор на крыше. Это уменьшает потери при передаче.

В сторону:

Я слышал, что будут проблемы с контурами заземления, если распределить постоянный ток к нашему стерео оборудованию, но мне не удалось обернуть его вокруг.

Все ответы на вопрос верны. По сути, когда Эдисон впервые разрабатывал электрические генераторы в масштабе энергосистемы, он нанял Никола Теслу в качестве протеже, а Тесла, как утверждается, использовал принципы переменного тока и многофазной мощности, чтобы значительно повысить эффективность электрических генераторов, которые по оригинальному дизайну Эдисона, изготовленному DC.

По сути, большое дело в том, что для большей мощности переменного тока требуется меньше работы (т. Е. Он более эффективен). Подумайте об электрическом токе в терминах замкнутого водяного контура под давлением; вода подвергается давлению со стороны какого-то источника энергии, который заставляет ее течь через шланги к какому-то устройству, которое может использовать поток воды для выполнения механической работы. Вода, ее затраченная энергия, затем возвращается к источнику энергии.

Постоянный ток будет эквивалентен давлению на воду только в одном направлении, либо путем ее подачи из резервуара (аналогично тому, как работает батарея), либо с помощью крыльчатки или другого вращающегося насоса (аналогично генератору). Такой насос будет перемещать воду неэффективно, поскольку насосный механизм не может быть водонепроницаемым. Односторонний поршневой насос будет водонепроницаемым, но не будет постоянно перемещать воду, что может быть преодолено (как в преобразователях переменного тока в постоянный) с использованием резервуара, который будет накапливать дополнительное давление, а затем подавать его в систему, пока насос работает. «на спине». Любой способ его нарезки, за исключением резервуара (батареи), затрачивается на создание тока.

Напротив, переменный ток будет эквивалентен использованию простого поршневого насоса для нагнетания воды в одну сторону, а затем в другую. Пока устройства ожидают, что поток воды изменится (или не заботится), конструкция генератора может быть намного проще и эффективнее. Причины повышения эффективности немного отличаются, когда вы покончили с аналогией, но сама аналогия держится довольно хорошо.

AC также имеет несколько хитростей, которые DC просто не может воспроизвести, что делает его предпочтительным DC для крупномасштабных приложений. Возможно, наиболее важным является способность быть «усиленным», а также «пониженным» с помощью трансформатора. Постоянный ток может быть «понижен» только с помощью резисторов, которые в основном преобразуют электрическую энергию в тепло и тем самым приводят к потере большого количества энергии. Многофазное питание, рассматриваемое в США как трехфазное питание, является скорее решением проблемы переменного тока, чем преимуществом (трехфазный переменный ток позволяет электросети иметь почти постоянное общее напряжение, преодолевая непостоянное напряжение единый сигнал переменного тока, при этом используется меньше проводов, чем требуется для эффективной передачи одинаковой общей мощности в одном сигнале), но это обеспечивает полезный побочный эффект от возможности «добавить» фазы друг к другу для того же доступного тока. В раздельной фазе напряжение удваивается, в то время как в трехфазной напряжение умножается на √3. Вот почему жилой район составляет 120/240 В (120 * 2), а коммерческий - 120/208 (120 * √3).

Ты прав. И если это вас интересует, я призываю вас к инновациям в этой области .

Все, что вы перечислили, очень маленькие нагрузки , меньше чем 10 ватт. Многие из них хотят 12 В постоянного тока напрямую. Вы не ошиблись бы, если бы в вашем доме была установлена ​​вторая электрическая система 12 В, которая работает с этими небольшими нагрузками.

Они включают в себя следующее, а также учитывают это: на удивление легко и дешево обеспечить резервное питание от батареи для этой системы 12 В, дополненной солнечной энергией. Теперь эти части вашего дома защищены от затемнения.

• Освещение - светодиодное освещение делает это легко.

• Морозильный ларь - современные морозильные камеры Energy Star настолько эффективны, что большинство сторонних производителей больше не беспокоятся о специальных морозильных камерах на 12 В и запускают обычный (но удачно выбранный) морозильник с инвертора.

• То же самое относится к холодильникам, но они, как правило, имеют гораздо большую нагрузку, поскольку их теплоизоляция тоньше, а двери открываются гораздо чаще. Это может потребовать значительного увеличения системы.

• Поддон насоса

• Радон воздушный укладчик

• Интернет-маршрутизаторы - большинство из них уже 12VDC. Инфраструктура телефонной компании имеет большой запас батареи; кабельное телевидение не может сказать то же самое.

• Зарядка телефона / планшета: используйте автомобильные зарядные устройства, которые продаются на каждой заправке.

• Телевизор - многие телевизоры допускают вход 12 В.

• Зарядите аккумуляторные инструменты для мастерских.

• Термостаты и реле, которыми они управляют.

• Нагрев: добавьте вспомогательную настенную или напольную печь, которая не требует электричества (даже для выносного термостата).

• Горячая вода: Газовые водонагреватели требуют очень мало (или не требуют) электричества. Газовые обогреватели по требованию расходуют небольшое количество, но только тогда, когда вы их используете.

Вы видите, куда это идет: в темноте вы можете быть уютным, теплым и смотреть Netflix.

Вот некоторые нагрузки, которые вы не можете легко запустить от системы 12 В, потому что требования к энергии слишком велики.

• Кондиционер и осушение

• Печи с принудительной подачей воздуха, которые, как это ни парадоксально, являются почти каждой системой в снежном поясе. Вот почему людям так сложно сделать защиту от отключения таким образом, потому что этот толстяк находится на вершине списка «критических нагрузок». Эти печи без электричества даже не продаются в снежном поясе!

• Использование электричества для производства тепла (отопление дома, нагрев воды, сушка или приготовление пищи)

• Стирка одежды и сушка газа (значительная нагрузка на двигатель)

• Мытье посуды (особенно водонагревательные и теплоосушающие части)

• Электроинструменты

Большие 12-вольтовые системы могут справиться с этим: проводка не может, и вот почему: мощность (ватт) - вольт х ампер. Вольт понижается, усилитель повышается. Ампер определяет размер провода, который быстро попадает в непрактичные числа. Ваш 240В / 30А кондиционер становится 12В / 600А . Я подключил электричество 600А, провода ОГРОМНЫЕ и очень дорогие ($ 60 / фут). Не работает Даже фен мощностью 1500 Вт (теперь 12 В / 125 А) требует, по существу, сварочного кабеля.

Большая 12-вольтовая система инвертирует напряжение до 120/240 В прямо на аккумуляторе и распределяет по дому с помощью обычной проводки.