Wenn DC-Adapter so weit verbreitet sind, warum wird AC standardmäßig für die Konstruktion verwendet?

Ich bin mir nicht sicher, ob es einen besseren Ort gibt, um das zu fragen oder nicht.

Warum ist zumindest hier in Amerika die Standardelektrik eher für Wechselstrom als für Gleichstrom ausgelegt? Ich führe gerade einen Fernzug ​​durch und stelle fest, wie viele Gleichstromadapter ich habe und wie viele meiner Geräte Gleichstrom benötigen:

• Alle meine Gitarrenpedale.
• Mein Wecker.
• Meine externen Festplatten.
• Mein USB-HDD-Dock fürs Auto.

... und die Liste geht weiter. Wenn wir fast ständig Gleichstromadapter verwenden müssen, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, warum ist der Standard-Gleichstrom dann nicht anders, als weil sich die Leute gegen Veränderungen wehren?

Getriebe / Funktionsgründe:

1. Wechselstrom ist billiger - Der Stromverlust vom Generator zum Endverbraucher ist geringer.
2. Hochspannung ist billiger zu transportieren - Verlustleistung ist I ^ 2 * R. R ist eine Konstante über jede Leitung. Bei gleicher Leistung (Watt) ist P = IV. So können wir die Verlustleistung verringern, indem wir die Spannung erhöhen. - Dies führt uns zur Verwandlungsfähigkeit. Ich kann leicht Wechselstrom durch einen Transformator führen, um die Spannung zu erhöhen oder zu verringern (mit einer entsprechenden Änderung des Stroms). Dies mit DC zu tun, erfordert mehrere weitere Schritte.
3. [Nachtrag] Wenn wir nur mit Strom beleuchten und heizen würden, wäre uns AC / DC aus funktionaler Sicht egal. Viele Dinge in unseren Häusern verwenden jedoch Motoren, und Wechselstrommotoren sind billiger und halten viel länger als Gleichstrommotoren. Als wir zum ersten Mal Nachbarschaften verkabelten, war dies jedoch kein Faktor.

Um die Spannungstransformationen weiter zu untersuchen:

• Um die Wechselspannung zu ändern, ist ein Transformator erforderlich . Grundsätzlich zwei Drahtspulen und ein Stück Metall.

• Um die Spannung in Gleichstrom zu erhöhen , müssen Sie zuerst in Wechselstrom umwandeln , diesen dann durch einen Transformator laufen lassen und dann in Gleichstrom umwandeln . Der resultierende Gleichstrom wird nicht glatt sein, wenn Sie nicht mehr Elektronik hinzufügen. Jeder Schritt hat etwas Abfall als Wärme.

• Die Leitergröße ist proportional zum Strom, was üblicherweise als " Strombelastbarkeit " bezeichnet wird. Mehr Strom erfordert dickere Drähte. Der Spannungsabfall ist ein Faktor sowohl für den Strom als auch für die Entfernung. Längere Drähte müssen also dicker sein. Dickere Drähte sind schwerer zu verarbeiten und teurer, daher ist eine höhere Spannung / niedrigere Stromstärke von großem Vorteil.

(Die Isolation ist proportional zur Spannung, ebenso wie die Gefahr, sodass Hochspannung kein Knall ist.)

• Wechselstrom eignet sich für eine Mehrphasenverteilung . Dies reduziert die Gesamtleitergröße (billiger, einfacher zu bearbeiten).

Mehrphasig ist gut für Elektromotoren.

Amerikanische Haushalte erhalten normalerweise 240 V Split-Phase + einen Neutralleiter vom Straßentransformator. Schwere Geräte (z. B. ein Backofen) können an beiden Hochspannungsquellen für 240 V betrieben werden. Leichte Geräte (mein Laptop) können auf einem heißen + dem neutralen arbeiten. Es funktioniert gut. Siehe auch: Mehrdraht-Abzweigleitungen.

Fallstudie: Mein Wohnmobil verfügt über ein 12-V-Gleichstromnetz. Drähte müssen dick sein, weil die Verstärker hoch sind. Wenn ich meinen Ehering kurzschließe, schmilzt er. Wir wollen große Lasten wie Ofengebläse antreiben. Wohnmobile würden von 24VDC oder höher profitieren, aber wir brauchen Standardautos, um zuerst umzuschalten. Wohnmobile werden folgen.

Fallstudie:

Photovoltaikanlagen (Solarmodule) auf Dächern leiden darunter, dass sie eine relativ niedrige Gleichspannung erzeugen. Wenn eine lange Leitung von der PV-Anlage zu einer Batteriebank oder einem Wechselrichter verläuft, geht viel Energie als Wärme verloren. Einige bewegen sich zu "Mikro-Wechselrichtern", bei denen jedes Panel seinen eigenen Wechselrichter auf dem Dach bekommt. Dies reduziert Übertragungsverluste.

Beiseite:

Ich habe gehört, dass es Probleme mit Erdschleifen geben würde, wenn sie auf unsere Stereoanlage verteilt würden, aber ich habe es nicht geschafft, meinen Kopf darum zu wickeln.

Alle Antworten auf die Frage sind richtig. Als Edison zum ersten Mal elektrische Generatoren im Stromnetzmaßstab entwickelte, engagierte er Nikola Tesla als Schützling, und Tesla, so wird behauptet, verwendete die Prinzipien von Wechselstrom und Mehrphasenleistung, um den Wirkungsgrad elektrischer Generatoren erheblich zu steigern von Edisons Originalentwürfen produziert DC.

Grundsätzlich ist die große Sache, dass Wechselstrom weniger Arbeit für mehr Strom benötigt (dh effizienter zu erzeugen ist). Stellen Sie sich elektrischen Strom in Form eines geschlossenen Druckwasserkreislaufs vor. Wasser wird von einer Stromquelle unter Druck gesetzt, wodurch es durch Schläuche zu einem Gerät fließt, das den Wasserfluss für mechanische Arbeiten verwenden kann. Das Wasser, seine verbrauchte Energie, wird dann zur Energiequelle zurückgeführt.

Gleichstrom bedeutet, dass das Wasser nur in einer Richtung mit Druck beaufschlagt wird, indem es entweder aus einem Tank gespeist wird (ähnlich wie bei einer Batterie) oder ein Laufrad oder eine andere rotierende Pumpe (ähnlich wie bei einem Generator) verwendet wird. Eine solche Pumpe würde Wasser ineffizient fördern, da der Pumpmechanismus nicht wasserdicht sein kann. Eine Einweg-Hubkolbenpumpe wäre wasserdicht, würde jedoch nicht ständig Wasser fördern. Dies kann (wie bei Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlern) durch Verwendung eines Reservoirs überwunden werden, das zusätzlichen Druck speichert und dann in das System einspeist, während die Pumpe in Betrieb ist "Rückenschwimmen". Wie auch immer Sie es in Scheiben schneiden, es sei denn, es handelt sich um einen Tank (Batterie), bei der Stromerzeugung wird unnötiger Aufwand betrieben.

Im Gegensatz dazu wäre eine Wechselstromversorgung gleichbedeutend mit der Verwendung einer einfachen Kolbenpumpe, um das Wasser in die eine und in die andere Richtung zu drücken. Solange die Geräte erwarten, dass sich der Wasserfluss selbst umkehrt (oder sich nicht darum kümmert), kann die Konstruktion des Generators viel einfacher und effizienter sein. Die Gründe für die Effizienzgewinne sind ein wenig anders, wenn Sie die Analogie beseitigen, aber die Analogie selbst hält ziemlich gut.

AC hat auch ein paar Tricks in der Hand, die DC einfach nicht replizieren kann, weshalb es DC für Großanwendungen vorzuziehen ist. Das vielleicht wichtigste ist die Fähigkeit, mit einem Transformator sowohl hoch- als auch heruntergestuft zu werden. Gleichstrom kann nur mit Hilfe von Widerständen "herabgesetzt" werden, die im Grunde genommen elektrische Energie in Wärme umwandeln und so viel Energie verschwenden. Mehrphasenleistung, in den USA als Dreiphasenleistung betrachtet, ist eher eine Lösung für ein Wechselstromproblem als ein Vorteil (Dreiphasenwechselstrom ermöglicht dem Stromnetz eine nahezu konstante Gesamtspannung, wodurch die nicht konstante Spannung von a überwunden wird Einzel-Wechselstromwellenform, während weniger Kabel verwendet werden, als zur effizienten Übertragung der gleichen Gesamtleistung in einer einzelnen Wellenform erforderlich wäre), bietet jedoch den vorteilhaften Nebeneffekt, in der Lage zu sein, "hinzuzufügen" Phasen zueinander für den gleichen verfügbaren Strom. In der geteilten Phase wird die Spannung verdoppelt, während in der dreiphasigen Phase die Spannung mit √3 multipliziert wird. Dies ist der Grund, warum in Wohngebieten 120/240 V (120 * 2) und im gewerblichen Bereich 120/208 (120 * √3) verwendet werden.

Du hast Recht. Und wenn Sie das interessiert, ermutige ich Sie, auf diesem Gebiet Innovationen zu entwickeln .

Alles, was Sie aufgelistet haben, sind extrem kleine Lasten , die kleiner als 10 Watt sind. Viele von ihnen wollen 12 Volt Gleichstrom direkt. Es wäre nicht falsch, ein zweites 12-V-Bordnetz in Ihr Haus einzubauen, das diese kleinen Lasten betreibt.

Dazu gehören unter anderem die folgenden Punkte: Es ist überraschend einfach und kostengünstig, für dieses 12-V-System eine Batteriesicherung bereitzustellen, die mit Solarenergie aufgefüllt wird. Jetzt sind diese Teile Ihres Hauses verdunkelungssicher.

• Beleuchtung - LED-Beleuchtung macht dies einfach.

• Gefriertruhe - moderne Energy Star-Gefriertruhen sind so effizient, dass sich die meisten Off-Grider nicht mehr mit speziellen 12-V-Gefriertruhen beschäftigen und eine gewöhnliche (aber gut ausgewählte) Gefriertruhe an einem Wechselrichter betreiben.

• Ditto Kühlschränke, aber sie sind in der Regel eine viel größere Last, da ihre Isolierung dünner ist und ihre Türen viel häufiger geöffnet werden. Dies kann eine erhebliche Systemanpassung erforderlich machen.

• Schmutzwasserpumpe

• Radon-Luftbehandlungsanlage

• Internet-Router - die meisten von ihnen sind bereits 12VDC. Die Infrastruktur der Telefongesellschaft verfügt über eine massive Notstromversorgung. Kabelfernsehen kann nicht dasselbe sagen.

• Telefon- / Tablet-Aufladung: Verwenden Sie Autoladegeräte, die an jeder Tankstelle verkauft werden.

• TV - Viele Fernseher erlauben einen 12V-Eingang.

• Laden Sie batteriebetriebene Werkstattwerkzeuge auf.

• Thermostate und die von ihnen gesteuerten Relais.

• Hitze: Fügen Sie einen zusätzlichen Wand- oder Bodenofen hinzu, der keinen Strom benötigt (nicht einmal für das Fernthermostat).

• Warmwasser: Gaswarmwasserbereiter benötigen sehr wenig (oder keinen) Strom. On-Demand-Gasheizungen verbrauchen eine geringe Menge, jedoch nur, wenn Sie sie verwenden.

Sie sehen, wohin das führt: Bei einem Stromausfall können Sie gemütlich und warm sein und Netflix beobachten.

Hier sind einige Lasten, die an einem 12-V-System aufgrund des zu hohen Energiebedarfs nicht einfach betrieben werden können .

• Klimaanlage und Entfeuchtung

• Zwangsluftöfen, die paradoxerweise so ziemlich jedes System im Schneegürtel sind. Dies ist der Grund, warum es für die Menschen dort so schwierig ist, einen Stromausfallschutz auf diese Weise durchzuführen, da dieses Fett ganz oben auf der Liste der kritischen Lasten steht. Diese stromlosen Öfen werden nicht einmal im Schneegürtel verkauft!

• Wärme mit Strom erzeugen (Hausheizung, Warmwasserbereitung, Trocknen oder Kochen)

• Wäschewaschen und Gastrocknen (die Motorlasten sind erheblich)

• Geschirrspülen (insbesondere die Teile zum Erhitzen und Trocknen von Wasser)

• Elektrowerkzeuge

Größere 12-V-Systeme können damit umgehen: Die Verkabelung funktioniert nicht und hier ist der Grund: Leistung (Watt) ist Volt x Ampere. Die Volt gehen runter, die Amps rauf. Amps entscheidet über die Kabelgröße, die schnell auf unpraktische Zahlen trifft. Ihre 240V / 30A Klimaanlage wird zu 12V / 600A . Ich habe 600A Strom angeschlossen, die Kabel sind riesig und sehr teuer ($ 60 / Fuß). Funktioniert nicht Sogar ein 1500-W-Haartrockner (jetzt 12 V / 125 A) erfordert im Wesentlichen Schweißkabel.

Ein größeres 12-V-System wird direkt an der Batterie auf 120/240 V invertiert und mit normaler Verkabelung im ganzen Haus verteilt.