Неофітне питання щодо змінного та постійного струму (особливо для живлення будинку)

Тут, у Сполучених Штатах, електромережа є змінного струму. Я чув, що змінна струм дозволяє передавати потужність на більші відстані з меншими втратами. Однак, з появою сонячних панелей, здавалося б, можна було б генерувати постійну енергію безпосередньо та живити будинок таким чином. Великі відстані не задіяні.

Чому цього не робиться? Наскільки мені відомо, сонячні батареї подаються назад в основну електромережу. Це означає, що вони перетворюють постійний струм в змінне, імовірно, з певною втратою. Чи можете ви живити весь будинок за допомогою постійного струму? Якщо припустити, що ви жили у сонячній зоні та мали достатньо місця на даху, чи могли ви живити все (кондиціонер холодильника тощо), можливо, зберігаючи живлення в батареях для використання у нічний час? Я припускаю, що вам знадобиться вся нова техніка, яка працює з постійним струмом?

Здавалося б, невелику ціну платити за енергонезалежність. Не могли б ви використати наявні дроти будинку? Я ніколи про це не чув, тому припускаю, що є основні перешкоди. Чи може хтось дати мені пояснення мирян, чому це погана ідея, або неможлива, або просто не зроблена?

Це не неможливо, це просто складніше і дорожче. Все, що у вашому домі, призначене для роботи від мережі змінного струму. Багато менших продуктів беруть постійний струм, але вони постачаються з адаптером змінного струму, оскільки це єдине доступне джерело постійної, недорогої потужності майже скрізь. Необхідна напруга може бути різною для кожного пристрою. Найближче до стандарту для постійного струму - це, мабуть, USB 5.0V, який пропонує лише достатній струм для невеликих гаджетів і нічого більшого.

Те, як працює будинок, що працює на сонячних батареях, - це приблизно: сонячна панель, зарядний пристрій до акумулятора, інвертор постійного струму до розетки, а також інший регулятор потужності та лічильник, якщо подача додаткової енергії в електромережу, що не обов'язково. Можна було б живити будинок безпосередньо від нерегульованого постійного струму від акумулятора, якби прилади були розроблені для роботи від нього, але більшість - ні. Якщо напругу акумулятора потрібно було регулювати перед розповсюдженням будинку, все, що ви дійсно робите, - це заміна інвертора постійного струму на регулятор постійного струму, в основному на іншу коробку з аналогічною вартістю.

Через невеликий розмір ринку приладів постійного струму (на даний момент) їх було б важче знайти і, можливо, дорожче, ніж пристрої змінного струму. Якщо настане час, коли майже в кожному будинку є сонячне світло на даху, їх можна придбати та обслуговувати так само просто.

Щодо повторного використання електропроводки, провід - це лише смуга міді, і не байдуже, чи кладете ви на нього змінного чи постійного струму, якщо ви залишаєтесь в межах його можливостей. Якщо вам довелося подати набагато більше струму через провід через меншу напругу, можливо, вам знадобляться більш товсті дроти, різні функції безпеки в електромонтажних коробках, запобіжники більш високого значення та інше. Ви хочете мати різні розетки на розетках, щоб ніхто не помилився підключенням пристрою змінного струму до розетки, що забезпечує постійний струм.

В цілому дешевше і простіше поставити інвертор постійного струму на акумулятор, ніж це витягувати всю електричну систему будинку та відновлювати її, а також купувати всі нові прилади, а ще потребувати невеликого інвертора постійного струму в кожному приміщенні для пристрої, які не можна придбати для запуску від постійного струму - що наразі є майже кожним гаджетом. Ви можете подумати про перетворювач змінного струму як про "зворотну сумісність" з попередніми сотнями років електричними пристроями.

Якщо неофіт прочитав це далеко, це може допомогти визначити "SMPS" - це джерело живлення в режимі комутації. Практично кожен (99,99 ...%) настільний комп'ютер містить один, як і ДБЖ, джерело безперебійного живлення.

[PS: Це моє перше повідомлення в SE, я мушу визнати, що захопився історією та пов'язаними з периферією темами. Визнаний винним?]

Всередині SMPS використовує випрямляч для перетворення вхідного змінного струму в постійний струм, який живить високочастотний * інвертор. (Інвертор перетворює постійний струм в змінного струму.) Це змінного струму інвертора подає трохи трансформатора, який помітно менший, ніж 60 Гц такого ж рейтингу, можливо, на 10% більше, якщо це. Трансформатор забезпечує необхідні постійні напруги від декількох вторинних обмоток через випрямлячі. У певному сенсі це не диво відрізняється від приводного ременя в двигуні автомобіля, який забезпечує різні швидкості для генератора, вентилятора та інших аксесуарів. * Принаймні 25 кГц, ймовірно, багато разів.

Примітка безпеки: Постійний струм, який живить інвертор, становить приблизно 300 В або близько того, і він стає гладким великими конденсаторами, які зберігають енергію протягом мілісекунд, поки миттєва напруга вхідного змінного струму не знаходиться на або біля свого піку. Вони можуть затримати зарядку після відключення шнура живлення, і це небезпечна, можливо, смертельна небезпека.

Інвертор використовує напівпровідники, традиційно силові транзистори, для швидкого вмикання постійного струму або повністю, або повністю вимкненого на високій частоті. Коли ввімкнено, ці напівпровідники дуже ефективні, втрачаючи лише трохи енергії, як тепло, а коли вимикаються, ще краще. Переходи під час перемикання швидкі, але потребують хорошої інженерії. Ось частина "режим переключення". (Так, є осцилятор, який забезпечує тимчаси для вимикачів.)

Інвертори, що входять до сонячних енергетичних установок, забезпечують зміну змінного струму на частоті регіону, 50 Гц у більшій частині світу та частині Японії, і 60 Гц для Північної Америки, іншої частини Японії та більшості (якщо не всіх) центральної і південноамериканські країни.

Деякий час тому висловилося припущення, що майбутні побутові та малі офісні потужності будуть на двох напругах, 320 В (цілком ймовірно, постійний струм, iirc) і щось на зразок 24 або 32 В, наскільки я пам'ятаю, також постійного струму. Висока напруга була б для пристроїв, які потребують великої кількості енергії.

До управління електрифікації сільських районів 32 вольт постійного струму було звичайним явищем, поряд з невеликими вітрогенераторами. Спробуйте Wincharger ™ для торгової марки.

Довгі високовольтні лінії електропередачі змінного струму мають значні втрати, можливо, через ємність та опір. Однак високовольтні лінії постійного струму мають значно менші втрати. Хоча у Франції була одна новаторська зв'язок HVDC з ізольованими генераторами та двигунами послідовно, знадобилося певний час, швидше за все, десятиліття, щоб розробити інвертори, зокрема. Надійно перетворити мегавольт постійного струму на сотні мегават в змінного струму не для любителів!

Блок живлення та пов'язана з ним історія

Це справді неправильно. Вони справді перетворювачі потужності . Живлення подається від генераторів комунальної мережі, які обертаються турбінами. На початку 1920-х рр. Усі радіоприймачі працювали від акумуляторів, А батареї (зазвичай автомобільні акумулятори, усі 6 В), а також батареї В , що не перезаряджаються, 22½ В та їх множин, до 135 В. але тривала половина назавжди, мабуть. Ці автомобільні акумулятори давно передували герметичним / регульованим клапаном типам, а розведена сірчана кислота була недоброю до підлоги та килимів у вітальні. Перезарядка була неприємністю. Акумулятори B містили багато циліндро-вуглецевих осередків 1,5 В, і їх вартість не була тривіальною.

Тоді потужність побутових комунальних послуг стала досить поширеною, і виникла реальна потреба запускати радіостанції від побутового живлення. Спочатку пристосування для заміни акумуляторів зробили цю роботу, і їх афаїки називали «джерелами живлення», також «вимикачами акумуляторів». Цей термін захопив радіоінженерів, і з цього моменту він залишається використаним для ліній / мереж постійного струму до перетворювачів постійного струму.

Пов'язані примітки:

До того, як 110 (120?) Вольт стали стандартними для служб постійного струму в США, рання потужність постійного струму становила від 50 до 500 В. * Першим поширеним застосуванням для електродвигунів були обертові вентилятори, як правило, настільні. Приводні ремені були використані для кількох. Античні колектори вентиляторів зберігають ранню історію електродвигунів. * Оголошення, відтворене в Інтернеті, раннього виробника вентиляторів запропонувало такий діапазон напруг.

Живлення постійного струму швидко не зникло. У Нью-Йорку було встановлено 110 В постійного струму, що поставляється принаймні до однієї бальної кімнати в готелі після 1960 року. (Ліфти постійного струму можуть існувати навіть сьогодні.) Товариство аудіоінженерії проводило щорічну виставку конвенції на початку 1960-х років у готелі New Yorker. Коли вперше були встановлені експонати, незабаром після включення та включення пристроїв вони здалися мертвими, але силові трансформатори та мотори в них перегрілися; деякі могли бути сильно пошкоджені. Подача постійного струму на пристрій змінного струму, мабуть, не спрацьовує вимикачі або запобіжники.

Ви це здогадалися! Настінні розетки не були позначені як постійний струм , і вони мали стандартні парні прорізи, які ми мали до безпечного заземлення 3-го проводів.

Багато десятиліть тому звичайно було використовувати тестери для перевірки потужності на зміну чи змінного струму. Серед таких тестерів була папір для випробування на полярність, яку обробляли якоюсь іонною сіллю. DC створив колір лише на одному проводі. Невеликі неонові лампочки з приєднаними відведеннями були, і досі є іншими. Світиться лише негативний електрод.

Поряд із цим, пристрої рекламувались як "OK" для використання на змінного чи постійного струму. Помітними були шумні, швидкісні двигуни у пилососах та шнурових електричних дрилях, серед багатьох інших. У цих двигунах є вуглецеві "щітки", комутатори та ротори, намотані магнітним дротом. В основному, це двигуни постійного струму з ламінованими польовими сердечниками і трохи ширшим повітряним зазором навколо ротора. Крім того, радіостанції до Другої світової війни, зокрема всюдисуща п’ятитрубна трубка, спрацьовували непогано на постійному струмі - поверніть вилку живлення, якщо вони, здавалося б, "мертві" на постійному струмі.

Найдавніші двигуни для візків, всі постійного струму, використовували мідні (сплави?) Дротяні щітки для зв’язку зі своїми комутаторами. Ті просто не спрацювали, тож вуглецеві блоки зайняли свої місця. Оригінальна назва застрягла.

Мабуть, багато вимикачі світла були поворотними. Повернувши ручку, ви намотаєте пружину, і через чверть повороту механізм раптово відкрутить контакти, щоб зламати дугу. (Немає магнітів для продувки?) Спробуйте "Ark-Les" ™ для торгової марки. Можливо, саме тому ми говоримо "включити / вимкнути" світло, хоча світильники настільних і настільних з розетками вимикачів іноді мають обертові ручки.

Старі настінні вимикачі для кімнатних світильників, всюдисущий тип важеля вгору / вниз, зробили помітний оснащення при роботі. Це просто повинно було зламати дуги постійного струму. Мій доречний. має обидва види

Массачусетс вимагав, щоб вимикачі світла у ванній знаходилися поза дверима кімнати. (Моя влучна робота, побудована в 1957 р.). Мабуть, люди зазнали електричного струму, можливо, тому, що знімні чохли для поворотних вимикачів не завжди були замінені вірно.

Дійсно, історія захисту від ураження електричним струмом постійно вдосконалюється. Один досить ранній електричний вентилятор виявив підключення, і те, що було схоже на великі довгі плавкі зв’язки вгорі, без кришок.

Навіть сьогодні переривники перемикання дуги для побутових та малих офісних схем є рідкісними (і досить дорогими). У промисловості та комунальних підприємствах, де обробляється багато енергії, дуговий спалах є серйозною небезпекою, і його сприймають серйозно.

Деякий час назад я натрапив на пояснення отворів на зубчастих кінцях наших звичайних штепсельних вилок із західної півкулі. Ранні стінові розетки не мали пружин із чорного сплаву, мало сумнівів через можливу корозію. Кольорові весняні сплави того часу, мабуть, могли і втратити вдачу, і пробки випадали! Ямочки у вихідних контактах займали отвори, принаймні, справляючись з випадами, якщо не підтримували хорошого контакту.

Насправді ранні електричні прилади мали шнури живлення, що закінчуються чоловічими гвинтовими нитками, такі ж, як і наші лампочки.

Якщо ці диверсії погані, я вибачаюся!

Ви можете подати будинок постійним струмом, проте проблема залишається тим, що хоча більшість пристроїв виправляють змінного струму на постійний струм, вони розроблені для входу змінного струму. Ось чому вам потрібен інвертор, навіть якщо це з певною втратою, ви живите електроніку тим, для чого вони були розроблені. Навіть тоді сонячні системи, які ви говорите лише про мережу, допомагають збільшити потужність мережі. Вам потрібно зовсім небагато сонячних панелей та буферизації (батарейок), щоб зробити себе повністю відокремленим від електромережі, і навіть тоді ваша ємність обмежена вашими налаштуваннями, на відміну від можливості динамічно витягувати з мережі, коли це потрібно. Отримуючи більшу думку на думці, я не думаю, що варто було б клопоту, і ви втрачаєте багато переваг. Наприклад, скажімо, 50% населення отримує сонячні батареї, недостатньо для індивідуального задоволення потреб у електроенергії. Однак, разом із налаштуваннями та інверторами, що базуються на сітці, вони можуть зменшити навантаження на саму компанію з виробництва електроенергії. Хоча я також дивуюсь безпеці постійного струму з чинними стандартами електропроводки. Можливо, хтось досвідченіший міг би задзвонити, однак, оскільки змінного струму весь час не знаходиться на піковій напрузі (повертається до 0В), це дає трохи місця для охолодження. З іншого боку постійний струм постійний.

Ви могли б це зробити. Якщо ваша техніка була побудована для використання постійного струму. Що вони не є. Оскільки будинки підключаються до змінного струму, виробники приладів проектують та будують для використання змінного струму. Це головне, що стримує вас.

У різних куточках світу існують стандарти щодо того, як повинна виглядати потужність змінного струму (120 Вольт @ 60 Гц для США, 220 Вольт @ 50 Гц для Європи, як приклади), а лампочки, пилососи, телевізори, комп'ютери тощо є виготовлені за цими стандартами. Наскільки мені відомо, не існує міжнародно визнаного стандарту для постійного струму. Ерго, удачі в пошуку приладів, які використовуватимуть розподільний струм постійного струму. Є декілька, які використовують 12 вольт постійного струму, призначені для використання в транспортних засобах і катерах, але вони досить обмежені.

Я давно думав, що було б ідеально підключити будинок на 500 Вольт постійного струму та мати інвертори, що дозволяють виробляти все, що завгодно. 500 Вольт дозволить вам поставити будь-який із наявних вантажів тією ж проводкою (перетин дроту обмежує ампер; більша напруга = нижчі ампери для даного навантаження, щоб дроти могли працювати якнайшвидше, ніж раніше). 500 VDC - це також максимальна специфікація для швидкого заряджання електромобіля, про яку я знаю.

Якщо б ви подавали 500 В постійного струму через будинок, то ШІМ-ланцюга, IGBT та Н-моста було б достатньо, щоб перетворити його на будь-яке напруга змінного струму <353 Вольт. Якщо ми створимо AC в точці використання для одного плагіна, а не для всього будинку, компоненти для цього можуть бути набагато меншими за масштабами та дешевшими. Так, ви покладете один або два з них у кожну розетку, що призведе до збільшення загальної вартості. Але можна було б підключити цей зроблений для США стереосистем поруч із лампою, виготовленою для Європи (або навпаки). Або варіант на цьому пристрої в розетці може постачати постійний струм вашому ноутбуку, телевізору з плоским екраном і т. Д., Безпосередньо, без перетворення постійного струму -> змінного струму -> назад в постійний струм за допомогою силової цегли. Можливо, перетворення високовольтного постійного струму в низьковольтний постійний струм було б ефективнішим, ніж цей процес. І "ефективний"

Декілька років тому я читав статтю того, хто подвійно проводив їх будинок за звичайних 120 В постійного струму при 60 Гц (США) та 48 В постійного струму. Він був поза мережею, регулярно додаючи більше навантажень і намагався уникати грошей на новий інвертор більшої ємності, більше акумуляторів та більше сонячних батарей. Він вибрав 48 В постійного струму, оскільки міг отримати прості перетворювачі на основі резисторів для інших пристроїв постійного струму. Його автовідповідач злетів зі зменшеним постійним струмом, замість "бородавки стіни", підключеної до змінного струму. Дітто для свого ноутбука. Його вогні безпеки для виявлення руху використовували обидва; детектор руху був підключений до виходу постійного струму (так, він повинен був зламати корпус і змінити його сам), а освітлення використовувало змінного струму. Переключення різних речей на постійний струм було досить ефективним, що його наявний акумулятор тривав значно довше, і він зміг залишитися зі своїм наявним інвертором та сонячним масивом. Отримана в результаті система, хоча і більш складна, була більш ефективною. Це звучить як щось таке, про що ви питаєте.

Будинки використовують змінного струму, оскільки було легше зробити трансформатори посилення / вниз для змінного струму, коли вся ця інфраструктура почала будуватися. Принаймні одна людина згадувала Війну течій. Westinghouse та Tesla (прихильники змінного струму) перемогли Едісона (прихильник постійного струму), оскільки простота посилення / зменшення напруги змінного струму зробила його ефективною та порівняно дешевою побудувати декілька електростанцій та розподілити високовольтну електроенергію протягом усього створення, а потім зменшіть його до рівня корисного використання, ближчого до точки використання. Постійний постійний струм вимагав, щоб електроенергія вироблялася дуже локально, тому що посилити її вгору / вниз було важко. Тоді, піднімаючи постійний струм вгору, означало, що у вас був низьковольтний двигун, який повертав генератор високої напруги. У ті дні вони не мали напівпровідникової твердотільної комутації.

Щодо SMPS, без будь-яких модифікацій у вас можуть виникнути неполадки під час запуску в DC.

Випрямляч постійного струму. Будуть проводитись лише 2 діоди (з урахуванням повномостового випрямляча), якщо вони близькі за розмірами (без запасу безпеки), вони можуть стати проблемою. (Для цього просто підключіть постійний струм безпосередньо до шини постійного струму або замініть діодом більш високого струму).

PFC. Залежно від того, як реалізовано PFC, це може стати проблемою. Деякі контролери очікували, що нульові перетини створюють синусоїдальне подання струму для порівняння та виправлення форми хвилі струму пристрою. У цьому випадку, коли використовується PFC типу підсилювача, напруга на шині постійного струму вище, тому вирішити це можливо, але не так просто, як подача постійного струму на пристрій без змін.

Про інші речі є деякі пристрої, які керують потужністю, що подається на пристрій, за допомогою фазового кута. Під постійним струмом вони будуть простими фіксаторами.

Змінного струму дозволяє передавати потужність на більші відстані з меншими втратами

Не точно втрати тепла мінімізуються передачею при високій напрузі, оскільки втрати на нагрівання, як правило, пропорційні квадрату струму, помноженому на опір, що забезпечує недорогі провідники і великі відстані.

... сонячні панелі ... [ш] хі це не робиться?

Подивіться на ціну придбання та обслуговування достатньої кількості сонячних батарей для живлення вашого будинку.

Чи можете ви живити весь будинок за допомогою постійного струму?

Так. Більшість цифрових приладів справно працюватимуть на постійному струмі. Прилади, такі як холодильники та шайби вимагають змінного струму для роботи таймерів та двигунів змінного струму.

Не могли б ви використати наявні дроти будинку?

Так, мідь - це мідь.

Це не робиться, тому що це набагато дорожче. У перспективі, однак, є рентабельність інвестицій.

Коли я вперше почав заглядати в будинки, що працюють на сонячній енергії, на початку 1990-х (США), все було в стані потоку.

Старий спосіб ведення справ був таким, як пропонував запитуючий: запускайте будинок на 12 В, з 12 В, 12В холодильником і т. Д. Деякі люди виступають за 24 В замість 12 В для кращої ефективності передачі в будинку. Я 12В був більш поширеним, тому що вже існував ринок речей, відключених від 12В акумуляторів для автомобілів.

Але інвертори ставали більш ефективними та менш дорогими, тому більш сучасними порадами (на початку 1990-х років) було отримати інвертор та використовувати стандартні світильники, прилади тощо. Замість того, щоб занурювати гроші в нестандартні, більш дорогі 12В прилади, придбайте кілька додаткових панелей PV.

Привіт: При розміщенні проводів для використання в будинку є два міркування (1) коефіцієнт потужності проводу повинен бути більшим, ніж максимальний струм, який він буде проводити. Це дозволяє протікати достатній струм для видування вимикача, якщо провід перевантажений, і (2) розмір дроту повинен бути досить великим, щоб падіння напруги при максимальному навантаженні становило менше 2%.

Якщо ви спробуєте підключити свій будинок на 12 В постійного струму, ви виявите, що вам потрібна шина-бар (ви не можете придбати провід досить великого діаметру), щоб перенести ту саму енергію, яку ви отримуєте від 120 амперного ланцюга напругою 15 ампер. Навіть якщо ви живите лише низькі струмові навантаження, вартість казана буде дуже високою.

Але живлення будинку від сонячних батарей не має економічного сенсу через вартість батарей. Набагато краще використовувати інвертор утиліти intertie і просто відкачати живлення назад в мережу змінного струму. Навіть у цьому випадку більшість інверторів дуже близькі до панелей і видають 240 В змінного струму, щоб мінімізувати витрати міді на отримання живлення від панелей до найближчої розетки 240 В змінного струму в будинку.

У мене сонячна панель потужністю 200 Вт, що веде невеликий інвертор, підключений до розетки 120 В змінного струму після проходження через Kill-A-Watt, щоб я міг бачити, яку потужність він виробляє. Панель не спрямована, тому отримання 60 Вт - це пік для літнього дня.

Я не згоден з багатьма іншими відповідями. Чим досконалішими будуть наші прилади, тим простіше буде реалізувати вашу пропозицію - доки ми говоримо про напруги постійного струму на рівні шини (150-170В в США). Майже все, що ми використовуємо, втрачає постійний струм, тому перетворення електроенергії все одно відбувається - і на щастя, майже всі відносно нові прилади використовують SMPS для перетворення в постійний струм; у цих перетворювачів живлення немає проблем з прийняттям входів постійного струму (оскільки перше, що вони роблять з входом, це все-таки виправити його в постійний струм). Єдиними приладами, на які вам доведеться стежити, є речі з великими електродвигунами - хоча багато нових приладів використовують BLDC та 3-фазні двигуни, що приводяться в дію контролерами, які - знову ж таки, - відключають постійний струм. Крім того, що завгодно з трансформаторним входом - думаю, привітні стерео-приймачі - виникнуть проблеми із постійним струмом. Для цих приладів