Пристрої змінного та постійного струму

Чому побутові прилади, такі як світло, телевізор та вентилятор, використовують джерело змінного струму безпосередньо від джерела живлення, а телефон і ноутбук використовують перехідник для перетворення змінного струму в постійний струм?

В основному це пов’язано з тим, що напруга в лінії є "високим" порівняно з тим, що потребує звичайна електроніка, і те, що є безпечним.

Пристрої, що використовують значну потужність, наприклад, світильники та вентилятори, побудовані так, щоб працювати безпосередньо від напруги лінії електропередачі. Витрати на захист користувача від вищої напруги компенсуються за рахунок більш ефективного використання енергії та відсутності необхідності її перетворення.

Пристрої з електронікою в них потребують низької напруги для роботи електроніки. Це означає додатковий джерело живлення , який перетворює високу напругу на низьку напругу, необхідну електроніці. Він також перетворюється в постійний струм, оскільки для роботи електроніці потрібен постійний струм.

З огляду на те, що між лінійною напругою та фактичним внутрішнім пристроєм є цей перетворювач, у виробників є вибір, куди його поставити. У деяких випадках має сенс поставити цей перетворювач зовні на пристрій. Це полегшує необхідність захисту користувача від високої напруги на пристрої. Я тут детальніше розбираюсь .

Деякі електронні пристрої досить великі, що має сенс розмістити джерело живлення всередині. Ваш приклад телевізора в цій категорії. Це все ще електронний пристрій, який внутрішньо працює на постійному струмі низької напруги, але він досить великий, щоб джерело живлення був внутрішнім.

Ви повинні почати з "чому напруга електромережі становить 110ВAC / 220ВAC". Так що це змінного струму, тому що таким чином легко перетворити напругу трансформаторами або перемістити двигуни (змінного струму). Обидві причини були там задовго до появи електроніки.

Для такої електроніки, як телевізор, ноутбук, вам завжди знадобиться постійний струм і значно нижчий за 160 В / 315 В (випрямлений змінений струм). Це тому, що як працюють напівпровідники - на відміну від вакуумних трубок (про які я поняття не маю, я не такий уже й старий).

То чому ми маємо колись джерело живлення всередині пристрою, а іноді і зовні? Це з міркувань щодо застосування. Ноутбук - ви не хочете мати джерело живлення всередині, коли ви рухаєтесь. Тож ви використовуєте щось зовнішнє, що можете залишити вдома.

Для телевізора це не має значення, тому зазвичай клієнту краще мати його всередині. Хоча іноді для надзвичайно тонких пристроїв джерело живлення все одно буде зовнішнім.

У мене є відчуття, що хоча більшість пояснень, що даються тут, є здебільшого правильними, вони насправді не відповідають тому, про що попросила ОП. Що смішно, тому що я думаю, що пояснення має бути лише кількома реченнями.

Основна причина змінного струму виходить з вашої розетки, тому що дуже неефективно транспортувати постійний струм на великі відстані (і особливо постійного струму низької напруги). (Крім того: електроенергія також є змінного струму, коли вона виробляється, принаймні, для більшості джерел.) Коли вона надходить у ваш будинок, вона майже завжди перетворюється на постійний струм перед використанням, тому що майже всі сучасні пристрої потребують постійного струму. Ті, кому потрібен якийсь тип змінного струму, будуть генерувати свої власні, а не використовувати мережу змінного струму, що постачається до нього з розетки.

Є лише кілька винятків. (На даний момент я можу подумати лише про 3, але, мабуть, більше):

• двигуни: більшість (великих) електромоторів працюють на змінного струму, тому вони можуть використовувати його безпосередньо від розетки.

• лампи розжарювання: їм потрібно тепло, щоб лампа світилася. Коли тепло, яке надходить від змінного чи постійного струму, не має значення, тому немає ніяких причин перетворювати його.

• нагрівальні елементи: те саме, що і для ламп розжарювання

Ваш телевізор не є одним з винятків, оскільки він перетворюється на постійний струм всередині, як і ваш ноутбук із зовнішнім адаптером.

Ще одна причина наявності окремого перетворювача змінного та постійного струму - Безпека . Зазвичай такі пристрої, як ноутбуки та мобільні телефони, повинні користуватися користувачем з тісним контактом зі шкірою. Невелика несправність із внутрішнім перетворювачем змінного струму може бути дуже небезпечною.

Найпростішим рішенням є керування напругою лінії зовні та далеко від пристрою з належною ізоляцією в адаптері. Пристрій бачить тільки постійний струм низької напруги.

Додому поставляється змінного струму, оскільки звичайні полюсні трансформатори та їхні більші кузени потребують змінного струму, а більшість ранніх домашніх електричних пристроїв не хвилюється, отримали вони змінного чи постійного струму. І з ряду інших причин легше мати справу з змінами в процесі розподілу.

Практично всі пристрої, які обробляють аудіо чи відео (включаючи старі радіостанції та телевізори), використовують постійний струм всередині більшості своїх операцій. Але перетворити з змінного струму на постійний струм в невеликих масштабах не особливо складно.

Частина причини історична. Перетворення напруги, що використовується для використання набагато більшого і дорожчого обладнання, ніж це відбувається сьогодні, і багато електричні пристосування, що використовуються, вимагають більш високої напруги, ніж сьогодні. Білі світлодіоди, що представляють собою першу електричну лампу загального призначення, яка не потребує високої напруги (ані для ефективності, ані для того, щоб вона взагалі працювала), з'явилася на ринку лише в 2010 році. Лінійні "бородавки на стіні" все ще були звичним явищем в 2000 році, і так з телевізорами з катодно-променевою трубкою. Радіо та телевізори, які використовували внутрішньо вакуумні трубки (можливо, поряд із транзисторами), були ще звичними явищами на початку 1980-х.

Тому, старіші використання електроенергії, такі як світильники та побутові прилади, як правило, були розроблені так, щоб вони працювали безпосередньо на лінійній напрузі, як через те, що наявна лінійна напруга їм була більш корисною, так і тому, що зробити це дешевше.

Будь-який побутовий пристрій, який ви придбали сьогодні, який все ще працює безпосередньо на лінії напруги, ймовірно, має потужний мотор або нагрівач всередині; це додатки, для яких все-таки більш ефективно використовувати напрям напруги. Світлодіодні лампочки - це окремий випадок: було б певне значення мати живлення 12В постійного струму або близько того, але оскільки в будинках уже встановлено все обладнання та провідникові лампи для освітлення лінійної напруги, вони замість цього вбудовують перетворювачі напруги.

(Питання до арахісової галереї: Які напруги використовуються внутрішньо в аудіо-передачі поточного покоління споживача? Вони також мають тенденцію приймати лінійну напругу, але це може бути просто "ми можемо встановити перетворювач всередині корпусу" "сценарій, зазначений в інших відповідях. Я не знаю так чи інакше.)

Люмінесцентні та лампи розжарювання можуть вимкнути змінного струму безпосередньо, оскільки вони електрично прості (вони фактично можуть вимкнути змінного струму або постійного струму без особливих модифікацій) і вони розроблені таким чином, щоб дозволяти високі напруги. Ви можете зробити з них повільне відео, і ви побачите, що вони насправді включаються та вимикаються, коли коливаються поточні.

Мотори, подібні до вашого у вентиляторі, можуть також вимкнути змінного струму, оскільки створити двигун, який може працювати таким чином, не так вже й багато проблем.

Світлодіодні світильники та телевізори фактично перетворюються на постійний струм, використовуючи схему, подібну до енергетичної цегли для вашого ноутбука. Основна причина, по якій ваша портативна електроніка має окремий перетворювач змінного струму, - це те, що це незручне тепло у тому, що ви тримаєте та переносите, що не є проблемою з телевізором та світлодіодним світлом.

Щодо того, чому дизайнери вибирають використовувати постійний струм замість змінного струму, є багато причин. Для таких додатків, як ваш телефон і ноутбук, яким потрібно розряджати акумулятори; їм потрібно було б додати перетворювач для перетворення з постійного струму в змінного струму, який додав би тепла та ваги виробу, який повинен бути портативним. Крім того, по суті всі цифрові схеми вичерпуються постійним струмом, і це було б неймовірно дорого, якщо не неможливо розробити телефон або телевізор з нуля, який використовує лише живлення змінного струму. Як і у всіх питаннях дизайну, основний мотиватор коштує: чи дешевше сконструювати мотор, щоб прийняти змінного струму, або поставити трансформатор для перетворення з змінного струму в постійний?

Основна причина - тепло. Невеликі пристрої / прилади мають важчий час відводити тепло від перетворення змінного струму в постійний струм. Розміщуючи перетворювач змінного струму / постійного струму за межами корпусу, невеликі пристрої / прилади відводять джерело тепла від інших компонентів і зменшують витрати, не потребуючи роботи з ним всередині корпусу.