Вопрос новичка о переменном и постоянном токе (особенно для питания дома)

Здесь, в Соединенных Штатах, электрическая сеть переменного тока. Я слышал, что переменный ток позволяет передавать энергию на большие расстояния с меньшими потерями. Однако с появлением солнечных панелей может показаться, что можно напрямую генерировать энергию постоянного тока и питать дом таким образом. Там нет больших расстояний.

Почему это не сделано? Насколько я знаю, солнечные панели питаются от основной электрической сети. Это означает, что они преобразуют постоянный ток в переменный, предположительно с некоторой потерей. Не могли бы вы привести в действие весь свой дом, используя DC? Предполагая, что вы живете в солнечном месте и имеете достаточно места на крыше, можете ли вы привести в действие все (кондиционер в холодильнике и т. Д.), Возможно, храня энергию в батареях для использования в ночное время? Я полагаю, вам понадобятся все новые устройства, которые работают с DC?

Казалось бы, небольшая цена за независимость от энергии. Не могли бы вы использовать ваши существующие провода дома? Я никогда не слышал об этом, поэтому я предполагаю, что есть серьезные препятствия. Может ли кто-нибудь объяснить мне непрофессионала, почему это плохая идея, или невозможная, или просто не сделанная?

Это не невозможно, просто сложнее и дороже. Все в вашем доме рассчитано на работу от сети переменного тока. Многие меньшие по размеру продукты потребляют постоянный ток, но поставляются с адаптером переменного тока, потому что это единственный доступный источник постоянного недорогого питания почти везде. Требуемое напряжение может быть различным для каждого устройства. Наиболее близким к стандарту для постоянного тока является, вероятно, USB 5.0V, который обеспечивает ток, достаточный только для небольших гаджетов, а не для чего-то большего.

Дом, работающий на солнечной энергии, работает примерно так: солнечная батарея к зарядному устройству к аккумулятору, к преобразователю постоянного тока в переменный ток к настенным розеткам, а также другой регулятор мощности и счетчик, если дополнительная энергия возвращается в сеть, что не является обязательным требованием. Можно было бы питать дом напрямую от нерегулируемого постоянного тока от батареи, если бы устройства были рассчитаны на его питание, но большинство - нет. Если бы напряжение батареи нужно было регулировать перед распределением по дому, все, что вам действительно нужно было бы сделать - это заменить инвертор постоянного тока в переменный на регулятор постоянного тока, по сути, это другой блок с аналогичной стоимостью.

Из-за небольшого размера рынка устройств постоянного тока (на данный момент) их будет труднее найти и, возможно, дороже, чем устройства переменного тока. Если наступит время, когда почти у каждого дома будет солнечная батарея на крыше, их будет так же легко приобрести и обслуживать.

Что касается повторного использования проводки, провод - это просто медная полоса, и не имеет значения, подключаете ли вы к ней переменный или постоянный ток, ЕСЛИ вы остаетесь в пределах его возможностей. Если вам приходилось пропускать через провод намного больший ток из-за более низкого напряжения, вам могут потребоваться более толстые провода, различные защитные элементы в распределительных коробках, предохранители с более высоким номиналом и так далее. Вы хотели бы иметь разные вилки на розетках, чтобы никто не ошибся, подключив устройство переменного тока к розетке с постоянным током.

В целом, дешевле и проще разместить инвертор постоянного тока в батарее, чем потрошить всю электрическую систему дома и перестроить ее, плюс купить все новые приборы, плюс по-прежнему нужен небольшой инвертор постоянного тока в каждой комнате для устройства, которые не могут быть выкуплены, чтобы работать от DC - который в настоящее время - почти каждый гаджет. Можно подумать, что инвертор переменного тока обеспечивает «обратную совместимость» с предыдущими сотнями лет электрических устройств.

Если новичок прочитал это далеко, это может помочь определить «SMPS» - это импульсный источник питания. Почти каждый (99,99 ...%) настольный компьютер содержит один, как и ИБП, источник бесперебойного питания.

[PS: Это мой первый пост в SE, я должен признаться, что увлекся историей и периферийными вопросами. Виновен как обвиненный?]

Внутри SMPS использует выпрямитель для преобразования входного переменного тока в постоянный, который питает высокочастотный * инвертор. (Инвертор преобразует постоянный ток в переменный.) Этот переменный ток инвертора питает небольшой трансформатор, который заметно меньше, чем трансформатор 60 Гц того же номинала, может быть, на 10% больше, если это так. Трансформатор обеспечивает необходимое напряжение постоянного тока от нескольких вторичных обмоток через выпрямители. В некотором смысле, он не сильно отличается от приводного ремня в двигателе автомобиля, который обеспечивает различные скорости для генератора переменного тока, вентилятора и других аксессуаров. * По крайней мере, 25 кГц, вероятно, много раз.

Замечание по технике безопасности: постоянный ток, который питает инвертор, составляет примерно 300 В или около того, и он плавный благодаря большим конденсаторам, которые накапливают энергию в течение миллисекунд, в то время как мгновенное напряжение входящего переменного тока не соответствует пиковому значению или близко к нему. Они могут удерживать заряд после отсоединения шнура питания, и это опасно, возможно, смертельно опасно.

Инвертор использует полупроводники, традиционно силовые транзисторы, для быстрого включения постоянного тока либо полностью, либо полностью на высокой частоте. Когда они включены, эти полупроводники очень эффективны, теряют лишь немного энергии в виде тепла, а когда они выключены, еще лучше. Переходы при переключении быстрые, но нуждаются в хорошем проектировании. Это часть «переключения режима». (Да, есть генератор, обеспечивающий синхронизацию для переключателей.)

Инверторы, которые являются частью солнечных энергетических установок, обеспечивают переменный ток на частоте региона, 50 Гц в большей части мира и в части Японии, и 60 Гц для Северной Америки, другой части Японии и большую часть (если не все) IIRC Центральной и южноамериканские страны.

Некоторое время назад было высказано предположение, что будущее электроснабжение дома и малого офиса будет осуществляться при двух напряжениях: 320 В (вполне вероятно, DC, IIRC) и что-то вроде 24 или 32 В, насколько я помню, также постоянного тока. Высокое напряжение будет для устройств, нуждающихся в большом количестве энергии.

До Сельского Управления по электрификации, 32-вольтный постоянный ток был обычным явлением, наряду с маленькими ветряными турбинами. Попробуйте Wincharger ™ для торговой марки.

Длинные высоковольтные линии электропередачи переменного тока имеют значительные потери, возможно, из-за емкости и сопротивления. Однако высоковольтные линии постоянного тока имеют гораздо меньшие потери. Хотя во Франции была одна новаторская линия HVDC с изолированными генераторами и двигателями в серии, потребовалось некоторое время, вероятно, десятилетия, чтобы разработать инверторы, в частности. Надежное преобразование постоянного тока в мегавольт в сотни мегаватт в переменный ток не для любителей!

Электропитание и связанная история

Это действительно неправильно. Они действительно преобразователи энергии . Питание подается от генераторов инженерных сетей, которые вращаются турбинами. Еще в начале 1920-х годов все радиоприемники питались от батарей, батарей A (обычно автомобильных аккумуляторов, все 6 В) и батарей B , неперезаряжаемых, 22½ В и их кратных, до 135 В. Батареи С существовали, но длилась половина вечности, видимо. Эти автомобильные аккумуляторы долгое время предшествовали запечатанным / регулируемым клапанам типам, а разбавленная серная кислота была недоброй для полов и ковров в гостиной. Перезарядка была неприятностью. Аккумуляторы В состояли из множества 1,5 В цинково-углеродных элементов, и их стоимость не была тривиальной.

В то время бытовые коммунальные услуги стали довольно распространенным явлением, и существовала реальная необходимость использовать радиостанции от бытовых источников питания. Сначала устройства для замены батарей делали свою работу, и на самом деле их называли «блоками питания», а также «аккумуляторами». Этот термин пришелся по вкусу радиоинженерам и с тех пор продолжает использоваться для преобразователей переменного тока в линию / сеть в постоянный ток.

Связанные заметки:

До того, как 110 (120?) Вольт стали стандартом для коммунального обслуживания постоянного тока в США, раннее постоянное напряжение в сети варьировалось от 50 до 500 В. * Первым широко распространенным применением для электродвигателей были вращающиеся вентиляторы, обычно настольные. Приводные ремни были использованы для немногих. Старинные веерные коллекторы сохраняют древнюю историю электромоторов. * Рекламное объявление, воспроизведенное онлайн, одним из первых фанатов, предлагающих этот диапазон напряжений.

Электропитание постоянного тока не быстро исчезло. В 1960 году в Нью-Йорке было подано 110 В постоянного тока, по крайней мере, в один бальный зал отеля. (Приводы лифта постоянного тока могут существовать даже сегодня.) Аудиоинженерное общество провело свою ежегодную выставочную выставку в начале 1960-х годов в The New Yorker Hotel. Когда экспонаты были впервые установлены, вскоре после того, как устройства были подключены и включены, они казались мертвыми, но силовые трансформаторы и двигатели в них перегревались; некоторые могли быть сильно повреждены. Подача постоянного тока на устройство, работающее только на переменном токе, очевидно, не отключает прерыватели и не перегорает.

Ты угадал! Розетки не были помечены как DC , и имели стандартные парные слоты, которые у нас были до 3-х проводного заземления.

Много десятилетий назад было общепринято использовать тестеры для проверки питания на наличие переменного или постоянного тока. Среди таких тестеров была бумага для проверки полярности, обработанная некоторым количеством ионной соли. DC создал цвет только на одном проводе. Маленькие типы неоновых лампочек с прикрепленными проводами были и остаются другими. Только отрицательный электрод светится.

Наряду с этим, устройства были объявлены как ОК для использования на переменном или постоянном токе. Примечательными были шумные, высокоскоростные двигатели в пылесосах и проводные электрические дрели, среди многих других. Эти двигатели имеют угольные «щетки», коммутаторы и роторы, обмотанные магнитной проволокой. По сути, это двигатели постоянного тока с многослойными полевыми сердечниками и немного более широким воздушным зазором вокруг ротора. Кроме того, радиостанции до Второй мировой войны, особенно вездесущие пятитрубные, работали нормально на постоянном токе - поменяйте местами штепсельную вилку, если они, по-видимому, были «мертвыми» на постоянном токе.

Самые ранние двигатели для тележек, все DC, использовали медные (сплав?) Проволочные щетки для контакта с коммутаторами. Они просто не работали, поэтому угольные блоки заняли свои места. Оригинальное имя застряло.

Видимо, многие выключатели света были поворотными. Когда вы поворачиваете ручку, вы заводите пружину, и после четверти оборота механизм внезапно размыкает контакты, чтобы разорвать дугу. (Нет выдувных магнитов?) Попробуйте «Ark-Les» ™ для торговой марки. Возможно, именно поэтому мы говорим «включить / выключить» свет, хотя настольные и настольные светильники с выключателями иногда имеют вращающиеся ручки.

Старые настенные выключатели для комнатных светильников, повсеместно используемые рычажные переключатели вверх / вниз, делали характерную защелку при работе. Это просто должно было сломать дуги постоянного тока. Моя квартира имеет оба вида

Массачусетс раньше требовал, чтобы выключатели в ванной комнате находились за дверью комнаты. (Моя квартира, построенная в 1957 году.) По-видимому, люди получили поражение электрическим током, возможно, потому, что съемные крышки для поворотных переключателей не всегда точно заменялись.

Действительно, история защиты от поражения электрическим током постоянно совершенствуется. Один довольно ранний электрический вентилятор имел открытые соединения и что-то похожее на большие длинные плавкие звенья сверху без крышек.

Даже сегодня прерыватели дуговых замыканий для домашних и малых офисов встречаются редко (и довольно дорого). В промышленности и в коммунальном хозяйстве, где используется большое количество энергии, вспышка дуги представляет собой серьезную опасность, к которой относятся серьезно.

Некоторое время назад я натолкнулся на объяснение отверстий на концах наших обычных вилок для шнуров питания в Западном полушарии. Ранние розетки не имели пружин из железных сплавов, мало сомнений из-за возможной коррозии. Цветные пружинные сплавы того времени, видимо, могли и действительно потеряли самообладание, и пробки вываливались! Ямочки на выходных контактах зацепляются с отверстиями, по крайней мере, справляются с выпадениями, если не поддерживают хороший контакт.

У действительно ранних электроприборов были шнуры питания, оканчивающиеся резьбой с наружной резьбой, такие же, как у наших лампочек.

Если эти диверсии плохие манеры, я прошу прощения!

Вы можете питать свой домашний постоянный ток, однако проблема остается в том, что, хотя большинство устройств выпрямляют переменный ток в постоянный, они предназначены для входа переменного тока. Вот почему вам нужен инвертор, даже если он в какой-то момент потерян, вы питаете свою электронику, для чего она была разработана. Даже тогда солнечные системы, связанные с сетью, о которых вы говорите, только помогают повысить мощность сети. Вам нужно совсем немного солнечных панелей и буферов (батарей), чтобы полностью отделиться от сетки, и даже в этом случае ваша емкость ограничена вашими настройками, в отличие от возможности динамического извлечения из сетки при необходимости. Получив больше основанного на мнении мнения, я не думаю, что это стоило бы хлопот, и вы упустили много преимуществ. Например, скажем, 50% населения получают солнечные батареи, что недостаточно для индивидуального удовлетворения их потребностей в энергии. Однако, вместе с сетевыми установками и инверторами они могут снизить нагрузку на саму электроэнергетическую компанию. Тем не менее, я также задаюсь вопросом о безопасности постоянного тока с текущими стандартами проводки. Может быть, кто-то более опытный мог бы подключиться, однако, поскольку переменный ток не находится на пиковом напряжении все время (возвращается к 0 В), это дает немного запаса охлаждения. DC с другой стороны постоянен.

Вы могли бы сделать это. Если бы вы были построены приборы для использования DC. Которые они не. Поскольку дома подключены к сети переменного тока, производители приборов проектируют и изготавливают для использования с переменным током. Это главное, что тебя сдерживает.

В разных частях света существуют стандарты на то, как должна выглядеть мощность переменного тока (120 Вольт при 60 Гц для США, 220 Вольт при 50 Гц для Европы, в качестве примера), и лампочки, пылесосы, телевизоры, компьютеры и т. Д. изготовлены в соответствии с этими стандартами. Насколько я знаю, не существует международно-признанного стандарта для DC. Ergo, удачи в поиске приборов, которые будут использовать распределение энергии постоянного тока. Есть несколько, которые используют 12 вольт постоянного тока, предназначенные для использования в транспортных средствах и лодках, но они довольно ограничены.

Я долго думал, что это было бы идеально, чтобы подключить дом к 500 В постоянного тока и иметь преобразователи, которые могли бы производить все, что вы хотите. 500 Вольт позволят вам подать любую из ваших существующих нагрузок с той же проводкой (поперечное сечение провода ограничивает амперы; более высокое напряжение = более низкие усилители для данной нагрузки, чтобы провода могли выдерживать как минимум столько же, сколько раньше). 500 В постоянного тока - также максимальная спецификация для быстрой зарядки электромобилей, о которой я знаю.

Если бы вы подавали 500 В постоянного тока через дом, то для этого было бы достаточно схемы ШИМ, IGBT и H-моста, чтобы преобразовать его в любое напряжение переменного тока <353 Вольт. Если мы создадим АС в точке использования, для одного плагина, а не для всего дома, компоненты для этого могут быть гораздо меньше и дешевле. Да, вы бы поместили один или два из них в каждый сокет, что увеличило бы общую стоимость. Но можно было бы подключить эту стереосистему «Сделано для США» рядом с лампой «Сделано для Европы» (или наоборот). Либо, вариация на этом устройстве в розетке может напрямую подавать питание на ваш ноутбук, телевизор с плоским экраном и т. Д. Без преобразования DC -> AC -> обратно в DC с помощью блока питания. Возможно, преобразование высоковольтного постоянного тока в низковольтное постоянное напряжение будет более эффективным, чем этот процесс. И "эффективный"

Несколько лет назад я читал статью кого-то, кто проводил в своем доме двойную проводку для обычных 120 В переменного тока при 60 Гц (США) и 48 В постоянного тока. Он был вне сети, регулярно добавляя больше нагрузок и стараясь не тратить деньги на новый, более мощный инвертор, больше батарей и больше солнечных батарей. Он выбрал 48 В постоянного тока, потому что он мог получить простые резистивные понижающие преобразователи для других устройств постоянного тока. Его автоответчик сбежал с пониженного напряжения постоянного тока вместо «бородавки», подключенной к сети переменного тока. То же самое для своего ноутбука. Его охранные огни для обнаружения движения использовали оба; детектор движения был подключен к пониженному постоянному току (да, он должен был взломать корпус и модифицировать его сам), а освещение использовало переменный ток. Переключение различных вещей в постоянный ток было достаточно эффективным, так что его существующий аккумулятор работал значительно дольше, и он мог оставаться с существующим инвертором и солнечной батареей. Получившаяся система, хотя и была более сложной, была более эффективной. Это похоже на то, о чем ты спрашиваешь.

Дома используют переменный ток, потому что было проще сделать повышающие / понижающие трансформаторы для переменного тока, когда вся эта инфраструктура начала строиться. По крайней мере один человек ссылался на Войну течений. Westinghouse и Tesla (сторонники переменного тока) одержали победу над Edison (сторонником постоянного тока), потому что простота повышения / понижения напряжения переменного тока сделала эффективным и сравнительно дешевым строительство нескольких электростанций и распределение электроэнергии высокого напряжения по всему творению, а затем понизьте его до полезных уровней ближе к месту использования. Постоянный ток требовал, чтобы мощность вырабатывалась очень локально, так как увеличивать / уменьшать ее было сложно. В то время повышение DC означало, что у вас был двигатель низкого напряжения, который вращал генератор высокого напряжения. В те дни у них не было полупроводникового твердотельного переключения.

Что касается SMPS, без каких-либо изменений у вас могут возникнуть проблемы с запуском его на DC.

Выпрямитель постоянного тока. Только 2 диода (с учетом мостового выпрямителя) будут проводящими, если они имеют близкие размеры (без запаса прочности), они могут представлять проблему. (Для этого просто подключите DC непосредственно к шине DC или замените диодом с более высоким током).

ПФК. В зависимости от того, как реализован PFC, это может стать проблемой. Некоторые контроллеры ожидали пересечения нуля для создания синусоидального представления тока для сравнения и коррекции формы сигнала тока устройства. В этих случаях, когда используется PFC повышающего типа, напряжение на шине постоянного тока выше, поэтому решение этой проблемы возможно, но не так просто, как подача постоянного тока на устройство без изменений.

Что касается других вещей, есть некоторые устройства, которые контролируют мощность, подаваемую на устройство, посредством управления фазовым углом. Под DC они будут просто защелкиваться.

AC позволяет передавать энергию на большие расстояния с меньшими потерями

Не совсем, тепловые потери сводятся к минимуму путем передачи при высоком напряжении, так как тепловые потери, как правило, пропорциональны квадрату тока, умноженному на сопротивление, что позволяет использовать недорогие проводники и большие расстояния.

... солнечные батареи ... [с] хе это не сделано?

Посмотрите цену покупки и обслуживания солнечных батарей достаточно для питания вашего дома.

Не могли бы вы привести в действие весь свой дом, используя DC?

Да. Большинство цифровых приборов будут работать нормально на постоянном токе. Такие приборы, как холодильники и стиральные машины, требуют переменного тока для запуска таймеров и двигателей переменного тока.

Не могли бы вы использовать ваши существующие провода дома?

Да, медь есть медь.

Это не сделано, потому что это намного дороже. В долгосрочной перспективе, однако, существует возврат инвестиций.

Когда я впервые начал изучать дома на солнечных батареях в начале 1990-х годов (США), все было в движении.

Старый способ ведения дел заключался в том, как предлагал спрашивающий: управлять домом на 12 В, с лампами на 12 В, холодильником на 12 В и т. Д. Некоторые люди рекомендовали использовать 24 В вместо 12 В для повышения эффективности передачи в доме. У меня 12 В было более распространенным, потому что уже был рынок для вещей, питаемых от 12 В автомобильных аккумуляторов.

Но инверторы становились все более эффективными и менее дорогими, поэтому более современный совет (в начале 1990-х) заключался в том, чтобы получить инвертор и использовать стандартные светильники, приборы и т. Д. Вместо того, чтобы тратить деньги на нестандартные, более дорогие приборы на 12 В, купите несколько дополнительных фотоэлектрических панелей.

Привет: При выборе размеров проводов для использования в доме есть два соображения (1) Номинальная мощность провода должна быть больше, чем максимальный ток, который он будет переносить. Это позволяет току протекать достаточно, чтобы взорвать выключатель, если провод перегружен и (2) размер провода должен быть достаточно большим, чтобы падение напряжения при максимальной нагрузке составляло менее 2%.

Если вы попытаетесь подключить ваш дом к напряжению 12 В постоянного тока, вы обнаружите, что вам нужна шина (вы не можете купить провод достаточно большого диаметра) для передачи того же количества энергии, которое вы получаете от цепи переменного тока на 120 А переменного тока. Даже если вы используете только слаботочные нагрузки, стоимость котла будет очень высокой.

Но питание дома от солнечных батарей не имеет экономического смысла из-за стоимости батарей. Гораздо лучше использовать служебный инверторный инвертор и просто подавать питание обратно в сеть переменного тока. Даже в этом случае большинство инверторов расположены очень близко к панелям и выдают 240 В переменного тока, чтобы минимизировать медные затраты на подачу питания от панелей к ближайшей розетке на 240 В переменного тока в доме.

У меня есть солнечная панель мощностью 200 Вт, которая управляет небольшим инвертором, подключенным к розетке на 120 В переменного тока после прохождения Kill-A-Watt, чтобы я мог видеть, сколько энергии он вырабатывает. Панель не нацелена, поэтому получение 60 Вт - это пик летнего дня.

Я не согласен со многими другими ответами. Чем более продвинуты наши приборы, тем легче будет реализовать ваше предложение - пока мы говорим о напряжениях постоянного тока на уровне шины (150-170 В в США). Почти все, что мы используем, работает от постоянного тока, поэтому в любом случае происходит преобразование мощности - и, к счастью, почти все относительно новые устройства используют SMPS для преобразования переменного тока в постоянный; эти силовые преобразователи без проблем принимают входы постоянного тока (так как первое, что они делают со входом, так или иначе, выпрямляют его в постоянный ток). Единственные приборы, на которые вам следует обратить внимание - это большие электродвигатели, хотя многие новые приборы используют BLDC и трехфазные двигатели, приводимые в действие контроллерами, которые - опять же - работают от постоянного тока. Кроме того, все, что имеет вход трансформатора - например, стереофонические приемники Hi-Fi - будет иметь проблемы с работой на постоянном токе. Для этих приборов,