AC- und DC-Geräte

Warum verbrauchen Haushaltsgeräte wie Licht, Fernseher und Lüfter Wechselstrom direkt aus der Stromversorgung, aber ein Telefon und ein Laptop verwenden einen Adapter, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln?

Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die Netzspannung im Vergleich zu den Anforderungen der normalen Elektronik und dem, was sicher ist, "hoch" ist.

Geräte, die viel Strom verbrauchen, wie z. B. Lichter und Lüfter, sind so gebaut, dass sie direkt von der Netzspannung abgehen. Die Kosten für den Schutz des Benutzers vor der höheren Spannung werden durch die effizientere Nutzung der Energie und die Nichtumwandlung ausgeglichen.

Geräte mit Elektronik benötigen Niederspannung, um die Elektronik zu betreiben. Dies bedeutet eine zusätzliche Stromversorgung , die die hohe Netzspannung in die von der Elektronik benötigte niedrige Spannung umwandelt. Es wandelt sich auch in Gleichstrom um, da die Elektronik Gleichstrom benötigt, um zu funktionieren.

Da es diesen Wandler zwischen der Netzspannung und den tatsächlichen Innenteilen des Geräts gibt, haben die Hersteller die Wahl, wo sie es platzieren möchten. In einigen Fällen ist es sinnvoll, diesen Konverter außerhalb des Geräts zu platzieren. Dies verringert die Notwendigkeit, den Benutzer vor Hochspannung am Gerät zu schützen. Ich gehe hier näher darauf ein .

Einige elektronische Geräte sind groß genug, um das Netzteil einzubauen. Ihr TV-Beispiel befindet sich in dieser Kategorie. Es ist immer noch ein elektronisches Gerät, das intern mit Niederspannungs-Gleichstrom betrieben wird, aber es ist groß genug, dass die Stromversorgung intern ist.

Sie müssen mit "Warum ist die Spannung des Stromnetzes 110VAC / 220VAC" beginnen. Es ist also Wechselstrom, weil es auf diese Weise einfach ist, Spannung durch Transformatoren umzuwandeln oder Motoren (Wechselstrom) zu bewegen. Beide Gründe gab es lange bevor es Elektronik gab.

Für Elektronik wie Fernseher, Laptop usw. benötigen Sie immer Gleichstrom und deutlich weniger als 160 V / 315 V (gleichgerichteter Wechselstrom). Dies liegt daran, wie Halbleiter funktionieren - im Gegensatz zu Vakuumröhren (von denen ich keine Ahnung habe, dass ich nicht so alt bin).

Warum haben wir manchmal eine Stromversorgung innerhalb eines Geräts und manchmal außerhalb? Dies liegt an Anwendungsüberlegungen. Laptop - Sie möchten kein Netzteil im Inneren haben, wenn Sie unterwegs sind. Sie verwenden also etwas Äußeres, das Sie zu Hause lassen können.

Für das Fernsehen spielt es keine Rolle, daher ist es normalerweise besser für den Kunden, es im Inneren zu haben. Obwohl manchmal bei extrem schlanken Geräten die Stromversorgung immer noch extern ist.

Ich habe das Gefühl, dass die meisten der hier gegebenen Erklärungen zwar größtenteils richtig sind, aber nicht wirklich auf die Fragen des OP antworten. Was lustig ist, weil ich denke, dass die Erklärung nur ein paar Sätze lang sein sollte.

Der Hauptgrund, warum Wechselstrom aus Ihrer Steckdose kommt, ist, dass es sehr ineffizient ist, Gleichstrom über große Entfernungen (und insbesondere Niederspannungs-Gleichstrom) zu transportieren. (Außerdem: Der Strom ist auch Wechselstrom, wenn er erzeugt wird, zumindest für die meisten Quellen.) Wenn er zu Hause ankommt, wird er vor dem Gebrauch so gut wie immer in Gleichstrom umgewandelt, da fast alle modernen Geräte Gleichstrom benötigen. Diejenigen, die eine Art Wechselstrom benötigen, erzeugen ihre eigenen und verwenden nicht den Wechselstrom, der ihr aus der Steckdose zugeführt wird.

Es gibt nur wenige Ausnahmen. (Ich kann im Moment nur an 3 denken, aber es gibt wahrscheinlich noch mehr):

• Motoren: Die meisten (großen) Elektromotoren werden mit Wechselstrom betrieben, sodass sie diese direkt aus der Steckdose verwenden können.

• Glühlampen: Sie benötigen Wärme, damit die Lampe leuchtet. Ob diese Wärme von Wechselstrom oder Gleichstrom kommt, spielt keine Rolle, daher gibt es keinen Grund, sie umzuwandeln.

• Heizelemente: wie bei Glühlampen

Ihr Fernseher ist keine Ausnahme, da er intern in Gleichstrom umgewandelt wird, genau wie Ihr Laptop mit einem externen Adapter.

Ein weiterer Grund für einen separaten AC / DC-Wandler ist die Sicherheit . Geräte wie Laptops und Handys sind normalerweise für den Benutzer gedacht, der engen Hautkontakt hat. Ein kleiner Fehler mit einem internen AC / DC-Wandler kann sehr gefährlich sein.

Die einfachste Lösung besteht darin, die Netzspannung außerhalb und weit vom Gerät entfernt zu halten und den Adapter ordnungsgemäß zu isolieren. Das Gerät sieht nur den Niederspannungs-Gleichstrom.

Das Haus wird mit Wechselstrom versorgt, da normale Poltransformatoren und ihre größeren Verwandten Wechselstrom benötigen und es den meisten frühen elektrischen Haushaltsgeräten egal war, ob sie Wechselstrom oder Gleichstrom erhielten. Und aus einer Reihe anderer Gründe ist es einfacher, im Vertriebsprozess mit Wechselstrom umzugehen.

Nahezu alle Geräte, die Audio oder Video verarbeiten (einschließlich alter Röhrenradios und Fernseher), verwenden DC für die meisten ihrer Vorgänge intern. Die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom in kleinem Maßstab ist jedoch nicht besonders schwierig.

Ein Teil des Grundes ist historisch. Früher umfasste die Spannungsumwandlung viel größere und teurere Hardware als heute, und viele elektrische Geräte benötigten früher eine höhere Spannung als heute. Weiße LEDs, die das erste Allzweck elektrische Lampe Design sind, die nicht benötigen eine hohe Spannung (entweder für Effizienz oder, um es überhaupt funktionieren), kam nur auf dem Markt circa 2010. Linear „Wand Warzen“ waren noch alltäglich im Jahr 2000, ebenso wie Kathodenstrahlröhrenfernseher. Radios und Fernseher, die intern Vakuumröhren verwendeten (möglicherweise neben Transistoren), waren in den frühen 1980er Jahren noch weit verbreitet.

Daher sind ältere Stromnutzungen wie Lampen und Haushaltsgeräte in der Regel so ausgelegt, dass sie direkt mit der Netzspannung betrieben werden, sowohl weil die Verfügbarkeit der Netzspannung für sie nützlicher war als auch weil dies billiger war.

Jedes Haushaltsgerät, das Sie heute kaufen und das immer noch direkt mit der Netzspannung betrieben wird, verfügt wahrscheinlich über einen Hochleistungsmotor oder eine Hochleistungsheizung. Dies sind die Anwendungen, für die es noch effizienter ist, die Netzspannung direkt zu verwenden. LED-Glühbirnen sind ein Sonderfall: Es wäre durchaus sinnvoll, sie mit etwa 12 V Gleichstrom zu versorgen. Da in Häusern jedoch bereits alle Kabel- und Lampenhardware für die Netzspannungsbeleuchtung eingerichtet sind, sind stattdessen Stromrichter integriert.

(Frage an die Erdnussgalerie: Welche Spannungen werden intern in Audiogeräten für Verbraucher der aktuellen Generation verwendet? Diese verwenden normalerweise auch einen Netzspannungseingang, aber das könnte nur der "wir können den Wandler in das Gehäuse einbauen" sein "Szenario in anderen Antworten erwähnt. Ich weiß nicht so oder so.)

Leuchtstofflampen und Glühlampen können im Grunde genommen direkt mit Wechselstrom betrieben werden, da sie elektrisch einfach sind (sie können ohne große Modifikationen tatsächlich mit Wechselstrom oder Gleichstrom betrieben werden) und für hohe Spannungen ausgelegt sind. Sie können ein Zeitlupenvideo von ihnen aufnehmen und sehen, dass sie sich tatsächlich ein- und ausschalten, wenn der Strom schwingt.

Motoren wie der in Ihrem Lüfter können auch mit Wechselstrom betrieben werden, da es nicht schwierig ist, einen Motor zu entwickeln, der auf diese Weise funktioniert.

LED-Leuchten und Fernseher wandeln sich intern in Gleichstrom um und verwenden Schaltkreise, die dem Power Brick für Ihren Laptop ähneln. Die Hauptgründe dafür, dass Ihre tragbare Elektronik über einen separaten AC / DC-Wandler verfügt, sind unangenehme Wärmeentwicklung und Tragbarkeit, die keine Probleme mit dem Fernseher und dem LED-Licht haben.

Es gibt viele Gründe, warum Designer DC anstelle von AC verwenden. Für Anwendungen wie Ihr Telefon und Ihren Laptop, bei denen die Batterien leer sein müssen; Sie müssten einen Wechselrichter hinzufügen, um von Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, der dem Produkt, das tragbar sein soll, Wärme und Gewicht verleiht. Außerdem werden im Wesentlichen alle digitalen Schaltkreise mit Gleichstrom betrieben, und es wäre unglaublich teuer, wenn nicht unmöglich, ein Telefon oder einen Fernseher von Grund auf neu zu entwerfen, der nur Wechselstrom verbraucht. Wie bei allen Konstruktionsfragen sind die Kosten ein Hauptmotivator: Ist es billiger, meinen Motor so zu konstruieren, dass er Wechselstrom akzeptiert, oder einen Transformator einzubauen, um von Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln?

Der Hauptgrund ist Hitze. Kleine Geräte haben es schwerer, Wärme von der Wechselstrom- in die Gleichstromumwandlung abzuleiten. Durch Platzieren des AC / DC-Wandlers außerhalb des Gehäuses entfernen kleine Geräte die Wärmequelle von den anderen Komponenten und senken die Kosten, da sie nicht im Gehäuse behandelt werden müssen.