Si los adaptadores de CC son tan frecuentes, ¿por qué se usa CA en la construcción de manera predeterminada?

No estoy seguro de si hay un mejor lugar para preguntar esto o no.

¿Por qué, al menos aquí en Estados Unidos, el sistema eléctrico estándar está configurado para corriente alterna (CA) en lugar de corriente continua (CC)? Estoy completando un movimiento de larga distancia y me doy cuenta de cuántos adaptadores de CC tengo y cuántos de mis dispositivos requieren alimentación de CC:

• Todos mis pedales de guitarra.
• Mi reloj despertador.
• Mis discos duros externos.
• Mi base para disco duro USB para auto.

... Y la lista continúa. Si casi constantemente tenemos que usar adaptadores de CC para convertir CA en CC, ¿por qué no es el CC estándar, aparte de que las personas se resisten al cambio?

Transmisión / razones funcionales:

1. La CA es más barata: hay menos pérdida de energía del generador al usuario final.
2. El alto voltaje es más barato de transportar: la pérdida de potencia es I ^ 2 * R. R es una constante sobre cualquier línea. Para la misma cantidad de potencia (vatios) P = IV. Entonces podemos disminuir la pérdida de energía al aumentar el voltaje. - Esto nos lleva a la capacidad de transformación. Puedo ejecutar CA fácilmente a través de un transformador para subir o bajar el voltaje (con un cambio correspondiente en la corriente). Hacerlo con DC requiere varios pasos más.
3. [anexo] Si solo estuviéramos iluminando y calentando con electricidad, no nos importaría AC / DC desde un punto de vista funcional. Sin embargo, muchas cosas en nuestras casas usan motores, y los motores de CA son más baratos y duran mucho más que los motores de CC. Sin embargo, cuando estábamos conectando vecindarios por primera vez, esto no fue un factor.

Para explorar más las transformaciones de voltaje:

• Para cambiar el voltaje en CA se requiere un transformador . Básicamente, dos bobinas de alambre y un trozo de metal.

• Para aumentar el voltaje en CC, primero invierta en CA, luego hágalo pasar por un transformador , luego conviértalo a CC. El DC resultante no será suave a menos que agregue más componentes electrónicos. Cada paso tiene algunos residuos como calor.

• El tamaño del conductor es proporcional a la corriente, comúnmente llamado " ampacidad ". Más corriente requiere cables más gruesos. La caída de voltaje es un factor de corriente y distancia. Por lo tanto, los cables más largos deben ser más gruesos. Los cables más gruesos son más difíciles de trabajar y más caros, por lo que un voltaje más alto / amperaje más bajo es muy ventajoso.

(El aislamiento es proporcional al voltaje, como lo es el peligro, por lo que el alto voltaje no es una volcada).

• AC se presta a la distribución multifásica . Esto reduce el tamaño total del conductor (más barato, más fácil de trabajar).

Multifásico es bueno para motores eléctricos.

Los hogares estadounidenses suelen tener 240V de fase dividida + un neutro del transformador de la calle. Los dispositivos pesados ​​(p. Ej., Un horno) pueden funcionar en ambos focos, para 240V. Los dispositivos de luz (mi computadora portátil) pueden funcionar en uno caliente + neutral. Funciona muy bien. Ver también: Circuitos derivados de cables múltiples.

Estudio de caso: Mi RV tiene un sistema de energía de 12VDC. Los cables tienen que ser gruesos porque los amplificadores son altos. Si corto mi anillo de bodas, se derretirá. Queremos alimentar grandes cargas, como sopladores de horno. Los vehículos recreativos se beneficiarían de 24 V CC o más, pero necesitamos que los autos convencionales cambien primero; Los RV lo seguirán.

Caso de estudio:

Las instalaciones fotovoltaicas (paneles solares) en los tejados sufren porque producen DC de voltaje relativamente bajo. Si hay un largo tendido de cables desde el campo FV a un banco de baterías o inversor, pierde mucha energía como calor. Algunos se están moviendo hacia "microinversores" donde cada panel tiene su propio inversor en el techo. Esto reduce las pérdidas de transmisión.

Aparte:

Escuché que habría problemas con los bucles de tierra si distribuíamos DC a nuestro equipo estéreo, pero no he logrado entenderlo.

Todas las respuestas a la pregunta son correctas. Básicamente, cuando Edison estaba desarrollando generadores eléctricos por primera vez en una escala de red eléctrica, contrató a Nikola Tesla como protegido y, según se afirma, Tesla utilizó los principios de corriente alterna y energía polifásica para aumentar en gran medida la eficiencia de los generadores eléctricos. por los diseños originales de Edison producidos DC.

Básicamente, el gran problema es que AC requiere menos trabajo para obtener más potencia (es decir, es más eficiente de generar). Piense en una corriente eléctrica en términos de un circuito cerrado de agua a presión; alguna fuente de energía ejerce presión sobre el agua, lo que hace que fluya a través de las mangueras hacia algún dispositivo que pueda usar el flujo de agua para realizar trabajos mecánicos. El agua, su energía gastada, vuelve a la fuente de energía.

DC sería el equivalente a ejercer presión sobre el agua en una sola dirección, ya sea alimentándola desde un tanque (similar a cómo funcionaría una batería) o usando un impulsor u otra bomba giratoria (similar a un generador). Dicha bomba movería el agua de manera ineficiente, ya que el mecanismo de bombeo no puede ser hermético. Una bomba recíproca unidireccional sería hermética pero no movería el agua constantemente, lo cual puede superarse (como en los convertidores de CA a CC) utilizando un depósito que almacenará presión adicional y luego la alimentará al sistema mientras la bomba está en funcionamiento. "revés". De cualquier forma que lo corte, excepto en el caso de un tanque (batería), se desperdicia un esfuerzo en producir la corriente.

AC, por el contrario, sería el equivalente a usar una bomba recíproca simple para forzar el agua en una dirección y luego en la otra. Mientras los dispositivos esperen que el flujo de agua se revierta (o no les importe), el diseño del generador puede ser mucho más simple y más eficiente. Las razones de las ganancias de eficiencia son un poco diferentes cuando elimina la analogía, pero la analogía en sí misma se mantiene bastante bien.

AC también tiene algunos trucos bajo la manga que DC simplemente no puede replicar, lo que lo hace preferible a DC para aplicaciones a gran escala. Quizás lo más importante es la capacidad de ser "intensificado", así como "reducido" utilizando un transformador. La CC solo puede "reducirse" utilizando resistencias, que básicamente transforman la energía eléctrica en calor y, por lo tanto, desperdician mucha energía. La energía polifásica, vista en los EE. UU. Como energía trifásica, es más una solución a un problema de CA que un beneficio (la CA trifásica permite que la red eléctrica tenga un voltaje general casi constante, superando el voltaje no constante de un forma de onda de CA única, mientras se usa menos cable del que se necesitaría para transferir eficientemente la misma potencia general en una sola forma de onda), pero proporciona el efecto secundario beneficioso de poder "agregar" fases entre sí para la misma corriente disponible. En fase dividida, el voltaje se duplica mientras que en 3 fases, el voltaje se multiplica por √3. Esta es la razón por la cual el residencial es 120 / 240V (120 * 2) y el comercial 120/208 (120 * √3).

Estás en lo correcto. Y si eso te interesa, te animo a innovar en esa área .

Todas las cosas que enumeró son cargas extremadamente pequeñas , menores de 10 vatios. Muchos de ellos quieren 12 voltios DC directamente. No se equivocaría si instalara un segundo sistema eléctrico de 12 V en su casa que ejecute esas pequeñas cargas.

Estos incluirían lo siguiente, y también considerar esto: es sorprendentemente fácil y económico proporcionar respaldo de batería para ese sistema de 12V, completado por energía solar. Ahora esas partes de su casa son a prueba de apagones.

• Iluminación: la iluminación LED lo hace fácil.

• Congelador de arcón : los modernos congeladores Energy Star son tan eficientes que la mayoría de las parrillas ya no se molestan con congeladores especiales de 12V, y funcionan con un congelador común (pero bien elegido) fuera de un inversor.

• Lo mismo ocurre con los refrigeradores, pero tienden a ser una carga mucho más grande ya que su aislamiento es más delgado y sus puertas se abren mucho más a menudo. Eso puede requerir aumentar considerablemente el sistema.

• Bomba de sumidero

• Controlador de aire de radón

• Enrutadores de Internet: la mayoría de ellos ya son de 12 V CC. La infraestructura de la compañía telefónica tiene una batería de respaldo masiva; La televisión por cable no puede decir lo mismo.

• Carga de teléfono / tableta: use cargadores de automóvil, que se venden en todas las estaciones de servicio.

• TV: muchos televisores permiten una entrada de 12V.

• Cargue herramientas de taller con batería.

• Termostatos y los relés que controlan.

• Calor: agregue un horno auxiliar de pared o piso que no requiera electricidad (ni siquiera para el termostato remoto).

• Agua caliente: los calentadores de agua a gas requieren muy poca (o ninguna) electricidad. Los calentadores de gas a pedido usan una pequeña cantidad, pero solo cuando los está usando.

Ves a dónde va esto: en un apagón puedes ser acogedor, cálido y mirar Netflix.

Aquí hay algunas cargas que no puede ejecutar fácilmente con un sistema de 12V porque los requisitos de energía son demasiado grandes.

• Aire acondicionado y deshumidificación.

• Hornos de aire forzado que son, paradójicamente, prácticamente todos los sistemas en el cinturón de nieve. Esta es la razón por la cual es tan difícil para las personas allí proteger el apagón de esta manera, porque este gordo está en la parte superior de la lista de "carga crítica". ¡Esos hornos sin electricidad ni siquiera se venden en el cinturón de nieve!

• Usar electricidad para hacer calor (calefacción de la casa, calefacción de agua, secado o cocina)

• Lavado de ropa y secado de gas (las cargas del motor son considerables)

• Lavado de vajilla (especialmente las partes de calentamiento de agua y secado por calor)

• Herramientas eléctricas

Los sistemas de 12V más grandes pueden manejarlo: el cableado no puede y he aquí por qué: la potencia (vatios) es de voltios x amperios. Los voltios bajan, los amplificadores suben. Los amperios deciden el tamaño del cable, que rápidamente alcanza números poco prácticos. Su aire acondicionado 240V / 30A se convierte en 12V / 600A . He conectado un servicio eléctrico de 600 A, los cables son ENORMES y muy caros ($ 60 / pie). No funciona Incluso un secador de cabello de 1500W (ahora 12V / 125A) requiere esencialmente un cable de soldadura.

Un sistema de 12V más grande se invertirá a 120 / 240V directamente en la batería, y se distribuirá alrededor de la casa con el cableado normal.