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

Трансмиссия/Функциональные причины:

1. Переменный ток дешевле — потери мощности от генератора к конечному пользователю меньше.
2. Высокое напряжение дешевле транспортировать - потери мощности составляют I ^ 2 * R. R является константой для любой линии. Для той же мощности (ватт) P = IV. Таким образом, мы можем уменьшить потери мощности, увеличив напряжение. - Это приводит нас к трансформации-способности. Я могу легко запустить переменный ток через трансформатор, чтобы повысить или понизить напряжение (с соответствующим изменением тока). Для этого с DC требуется еще несколько шагов.
3. [дополнение] Если бы мы просто освещали и обогревали электричеством, нам было бы все равно, AC/DC с функциональной точки зрения. Однако во многих вещах в наших домах используются двигатели, а двигатели переменного тока дешевле и служат намного дольше, чем двигатели постоянного тока. Однако, когда мы только начинали прокладывать электропроводку, это не имело значения.

Для дальнейшего изучения преобразований напряжения:

• Для изменения напряжения в переменном токе требуется трансформатор . По сути, две катушки проволоки и кусок металла.

• Чтобы повысить напряжение постоянного тока, сначала преобразуйте его в переменный ток, затем пропустите его через трансформатор , а затем преобразуйте в постоянный ток. Результирующий постоянный ток не будет гладким , если вы не добавите больше электроники. Каждый шаг имеет некоторые отходы в виде тепла.

• Размер проводника пропорционален току, обычно называемому « силой тока ». Больший ток требует более толстых проводов. Падение напряжения является фактором как тока, так и расстояния. Таким образом, более длинные провода должны быть толще. С более толстыми проводами сложнее работать и они дороже, поэтому более высокое напряжение / более низкая сила тока имеют большое преимущество.

(Изоляция пропорциональна напряжению, как и опасность, так что высокое напряжение — не пустяк.)

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

Многофазность хороша для электродвигателей.

Американские дома обычно получают 240 В с расщепленной фазой + нейтраль от уличного трансформатора. Тяжелые устройства (например, духовка) могут работать и на горячем, и на 240В. Легкие устройства (мой ноут) могут работать на одном горячем + нейтральном. Это работает хорошо. См. также: Многопроводные ответвления.

Практический пример: Мой дом на колесах имеет систему питания 12 В постоянного тока. Провода должны быть толстыми, потому что амперы высокие. Если я закорочу свое обручальное кольцо, оно растает. Мы хотим питать большие нагрузки, например, воздуходувки печей. RV выиграют от 24 В постоянного тока или выше, но нам нужны обычные автомобили, чтобы переключиться в первую очередь; RV будут следовать.

Тематическое исследование:

Фотоэлектрические (солнечные панели) установки на крышах страдают, потому что они производят относительно низкое напряжение постоянного тока. Если есть длинный провод от фотоэлектрической батареи к аккумуляторной батарее или инвертору, он теряет много энергии в виде тепла. Некоторые переходят к «микроинверторам», где каждая панель получает свой собственный инвертор на крыше. Это снижает потери при передаче.

В сторону:

Я слышал, что будут проблемы с контурами заземления, если подавать постоянный ток на наше стереооборудование, но я так и не понял.

Все ответы на вопрос верны. По сути, когда Эдисон впервые разрабатывал электрические генераторы в масштабе энергосистемы, он нанял Николу Теслу в качестве протеже, а Тесла, как утверждается, использовал принципы переменного тока и многофазной энергии для значительного повышения эффективности электрических генераторов, которые по оригинальным проектам Эдисона, произведенным DC.

По сути, большое дело в том, что переменный ток требует меньше работы для получения большей мощности (т. е. его более эффективно генерировать). Думайте об электрическом токе как о замкнутом водяном контуре под давлением; вода находится под давлением какого-то источника энергии, что заставляет ее течь по шлангам к какому-то устройству, которое может использовать поток воды для выполнения механической работы. Вода, израсходовав свою энергию, затем возвращается к источнику энергии.

Постоянный ток будет эквивалентен давлению на воду только в одном направлении, либо путем подачи ее из резервуара (аналогично тому, как работает батарея), либо с помощью крыльчатки или другого вращающегося насоса (аналогично генератору). Такой насос будет неэффективно перекачивать воду, так как насосный механизм не может быть герметичным. Односторонний поршневой насос будет герметичным, но не будет постоянно перемещать воду, что можно преодолеть (как в преобразователях переменного тока в постоянный) с помощью резервуара, который будет накапливать дополнительное давление, а затем подавать его в систему, пока насос работает. «на спине». Как бы вы ни разрезали его, за исключением случая с баком (батареей), на создание тока тратятся усилия.

AC, напротив, был бы эквивалентен использованию простого поршневого насоса, который нагнетает воду в одну сторону, а затем в другую. Пока устройства ожидают, что поток воды повернется вспять (или им все равно), конструкция генератора может быть намного проще и эффективнее. Причины повышения эффективности немного меняются, если отказаться от аналогии, но сама аналогия вполне верна.

AC также имеет в рукаве несколько хитростей, которые DC просто не может воспроизвести, что делает его более предпочтительным, чем DC для крупномасштабных приложений. Возможно, наиболее важной является возможность «увеличения» и «уменьшения» с помощью трансформатора. Постоянный ток можно «понизить» только с помощью резисторов, которые в основном преобразуют электрическую энергию в тепло и, таким образом, заставляют вас тратить много энергии. Многофазная мощность, рассматриваемая в США как трехфазная, является скорее решением проблемы переменного тока, чем преимуществом (трехфазный переменный ток позволяет электросети иметь почти постоянное общее напряжение, преодолевая непостоянное напряжение сети). одна форма волны переменного тока, при этом используется меньше проводов, чем потребовалось бы для эффективной передачи той же общей мощности в одной форме волны), но это обеспечивает полезный побочный эффект, заключающийся в возможности «добавлять» фазы друг к другу для одного и того же доступного тока. В расщепленной фазе напряжение удваивается, а в трехфазном напряжение умножается на √3. Вот почему для жилых помещений используется 120/240 В (120 * 2), а для коммерческих 120/208 (120 * √3).

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

Все, что вы перечислили, это очень малые нагрузки , менее 10 Вт. Многие из них хотят 12 вольт постоянного тока напрямую. Вы не ошибетесь, установив в своем доме вторую электрическую систему на 12 В, которая питает эти небольшие нагрузки.

Они включают в себя следующее, а также учитывают следующее: удивительно легко и дешево обеспечить резервную батарею для этой 12-вольтовой системы, подпитываемой солнечной энергией. Теперь эти части вашего дома защищены от затемнения.

• Освещение — светодиодное освещение упрощает задачу.

• Морозильный ларь - современные морозильные камеры Energy Star настолько эффективны, что большинство автономных морозильников больше не беспокоятся о специальных морозильных камерах на 12 В и используют обычный (но хорошо выбранный) морозильник от инвертора.

• То же самое с холодильниками, но они, как правило, несут гораздо большую нагрузку, поскольку их изоляция тоньше, а дверцы открываются намного чаще. Это может потребовать значительного увеличения размера системы.

• Дренажный насос

• Обработчик радонового воздуха

• Интернет-маршрутизаторы - большинство из них уже на 12 В постоянного тока. Инфраструктура телефонной компании имеет массивную резервную батарею; 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.

• Заряжайте аккумуляторные инструменты для мастерских.

• Термостаты и реле, которыми они управляют.

• Отопление: добавьте дополнительную настенную или напольную печь, не требующую электричества (даже для выносного термостата).

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

Вы видите, к чему это идет: в темноте вам может быть уютно, тепло и смотреть Netflix.

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

• Кондиционирование и осушение

• Печи с принудительной подачей воздуха, которые, как это ни парадоксально, есть почти во всех системах снежного пояса. Вот почему людям так сложно защититься от отключения таким образом, потому что этот толстяк находится на вершине списка «критической нагрузки». Эти печи без электричества даже не продаются в снежном поясе!

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

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

• Мытье посуды (в частности, водонагревательная и сушильная части)

• Электроинструменты

Более крупные 12-вольтовые системы могут с этим справиться: проводка не может , и вот почему: мощность (ватты) равна вольтамперам. Вольты падают, амперы растут. Сила тока определяет размер провода, что быстро приводит к непрактичным цифрам. Ваш кондиционер 240 В/30 А становится 12 В/ 600 А. Я подключил электричество на 600 А, провода ОГРОМНЫЕ и очень дорогие (60 долларов за фут). Не работает. Даже фен мощностью 1500 Вт (теперь 12 В / 125 А) требует, по сути, сварочного кабеля.

Более крупная 12-вольтовая система будет преобразовываться в 120/240 В прямо на аккумуляторе и распределяться по дому с помощью обычной проводки.