Se os adaptadores DC são tão comuns, por que o CA é usado na construção por padrão?

Não tenho certeza se há um lugar melhor para perguntar isso ou não.

Por que, pelo menos aqui na América, o sistema elétrico padrão é configurado para corrente alternada (CA) em vez de corrente contínua (CC)? Estou apenas concluindo uma mudança de longa distância e percebendo quantos adaptadores DC tenho e quantos dispositivos precisam de energia DC:

• Todos os meus pedais de guitarra.
• Meu despertador.
• Meus discos rígidos externos.
• Meu dock para disco rígido do carro USB.

... E a lista continua. Se quase sempre precisamos usar adaptadores de corrente contínua para converter CA em corrente contínua, por que a corrente contínua não é o padrão, exceto porque as pessoas resistem à mudança?

Razões de transmissão / funcionais:

1. A CA é mais barata - há menos perda de energia do gerador para o usuário final.
2. A alta tensão é mais barata de transportar - a perda de energia é de I ^ 2 * R. R é uma constante em qualquer linha. Para a mesma quantidade de potência (watts) P ​​= IV. Assim, podemos diminuir a perda de energia aumentando a tensão. - Isso nos leva à capacidade de transformação. Posso executar facilmente a CA através de um transformador para aumentar ou diminuir a tensão (com uma mudança correspondente na corrente). Fazer isso com o controlador de domínio requer várias etapas adicionais.
3. [adenda] Se fôssemos apenas iluminar e aquecer com eletricidade, não nos importaríamos com o AC / DC do ponto de vista funcional. No entanto, muitas coisas em nossas casas usam motores, e os motores CA são mais baratos e duram muito mais do que os motores CC. No entanto, quando éramos os primeiros bairros, isso não era um fator.

Para explorar ainda mais as transformações de tensão:

• Para alterar a tensão na CA, é necessário um transformador . Basicamente, duas bobinas de arame e um pedaço de metal.

• Para aumentar a tensão em corrente contínua, primeiro inverta para corrente alternada, execute-a através de um transformador e depois converta- a em corrente contínua. O DC resultante não será suave a menos que você adicione mais componentes eletrônicos. Cada passo tem algum desperdício como calor.

• O tamanho do condutor é proporcional à corrente, comumente chamado de " ampacidade ". Mais corrente requer fios mais grossos. A queda de tensão é um fator de corrente e distância. Portanto, fios mais longos devem ser mais grossos. Os fios mais grossos são mais difíceis de trabalhar e mais caros; portanto, uma voltagem mais alta / uma amperagem menor é muito vantajosa.

(O isolamento é proporcional à tensão, assim como o perigo; portanto, a alta tensão não é um afundanço.)

• A CA presta-se à distribuição multifásica . Isso reduz o tamanho total do condutor (mais barato, mais fácil de trabalhar).

A multifase é boa para motores elétricos.

As casas americanas normalmente recebem fase bifásica de 240V + um neutro do transformador de rua. Dispositivos pesados ​​(por exemplo, um forno) podem funcionar em ambos os hots, para 240V. Dispositivos leves (meu laptop) podem funcionar em um ponto quente + o neutro. Funciona muito bem. Consulte também: Circuitos de derivação com vários fios.

Estudo de caso: Meu RV possui um sistema de energia de 12VDC. Os fios devem ser grossos porque os amplificadores são altos. Se eu curto meu anel de casamento, ele derreterá. Queremos alimentar grandes cargas, como sopradores de forno. Os RVs se beneficiariam de 24VDC ou superior, mas precisamos de carros convencionais para trocar primeiro; RVs seguirá.

Estudo de caso:

Instalações fotovoltaicas (painéis solares) nos telhados sofrem porque produzem CC de voltagem relativamente baixa. Se houver um longo fio que passa do painel fotovoltaico para um banco de baterias ou inversor, ele perde muita energia como calor. Alguns estão se movendo em direção a "microinversores", onde cada painel coloca seu próprio inversor no telhado. Isso reduz as perdas de transmissão.

A parte, de lado:

Ouvi dizer que haveria problemas com loops de terra se distribuíssem DC para o nosso equipamento estéreo, mas não consegui entender.

Todas as respostas para a pergunta estão corretas. Basicamente, quando Edison estava desenvolvendo geradores elétricos em escala de rede elétrica, ele contratou Nikola Tesla como protegida, e afirma-se que Tesla usou os princípios de corrente alternada e polifásica para aumentar bastante a eficiência dos geradores elétricos, que pelos desenhos originais de Edison produziam DC.

Basicamente, o grande problema é que a CA requer menos trabalho para obter mais energia (ou seja, é mais eficiente para gerar). Pense em uma corrente elétrica em termos de um circuito fechado de água pressurizada; a água é colocada sob pressão por alguma fonte de energia, o que faz com que ela flua através das mangueiras para algum dispositivo que possa usar o fluxo da água para realizar trabalhos mecânicos. A água, sua energia gasta, é então puxada de volta para a fonte de energia.

DC seria o equivalente a pressionar a água em uma única direção, alimentando-a de um tanque (semelhante ao funcionamento de uma bateria) ou usando um impulsor ou outra bomba rotativa (semelhante a um gerador). Essa bomba moveria a água ineficientemente, pois o mecanismo de bombeamento não pode ser à prova d'água. Uma bomba recíproca unidirecional seria estanque, mas não moveria a água constantemente, o que pode ser superado (como nos conversores CA para CC) usando um reservatório que armazena pressão adicional e a alimenta no sistema enquanto a bomba está em seu "costas". De qualquer maneira que você o cortar, exceto no caso de um tanque (bateria), há um desperdício de esforço na produção da corrente.

A CA, por outro lado, seria o equivalente a usar uma bomba alternativa simples para forçar a água de uma maneira e depois da outra. Desde que os dispositivos esperem que o fluxo de água se inverta (ou não se importe), o design do gerador pode ser muito mais simples e mais eficiente. As razões para os ganhos de eficiência são um pouco diferentes quando você elimina a analogia, mas a analogia em si é válida.

O CA também possui alguns truques na manga que o DC simplesmente não pode replicar, o que o torna preferível ao DC para aplicativos em larga escala. Talvez o mais importante seja a capacidade de ser "aumentada", bem como "demitida" usando um transformador. A CC só pode ser "reduzida" usando resistores, que basicamente transformam energia elétrica em calor e, assim, fazem com que você desperdice muita energia. A energia polifásica, vista nos EUA como energia trifásica, é mais uma solução para um problema de CA do que um benefício (a CA trifásica permite que a rede elétrica tenha tensão geral quase constante, superando a tensão não constante de um única forma de onda CA, enquanto utiliza menos fio do que seria necessário para transferir com eficiência a mesma potência geral em uma única forma de onda), mas fornece o efeito colateral benéfico de poder "adicionar" fases entre si para a mesma corrente disponível. Na fase dividida, a tensão é dobrada, enquanto na fase trifásica, a tensão é multiplicada por √3. É por isso que residencial é 120 / 240V (120 * 2) e comercial 120/208 (120 * √3).

Você está certo. E se isso lhe interessa, encorajo você a inovar nessa área .

Todas as coisas que você listou são cargas extremamente pequenas , menores que 10 watts. Muitos deles querem 12 volts DC diretamente. Você não se enganaria em colocar em sua casa um segundo sistema elétrico de 12V que executa essas pequenas cargas.

Isso inclui o seguinte e também considera o seguinte: é surpreendentemente fácil e barato fornecer backup de bateria para esse sistema de 12V, complementado por energia solar. Agora, essas partes da sua casa são à prova de blecaute.

• Iluminação - a iluminação LED facilita isso.

• Freezer horizontal - os modernos freezers Energy Star são tão eficientes que a maioria das pessoas que não se importam com os freezers especiais de 12V e usam um freezer comum (mas bem escolhido) em um inversor.

• O mesmo vale para os refrigeradores, mas eles tendem a ser uma carga muito maior, pois o isolamento é mais fino e as portas são abertas com muito mais frequência. Isso pode exigir um aumento considerável do sistema.

• Bomba de abastecimento

• Manipulador de ar por radão

• Roteadores de Internet - a maioria deles já tem 12VDC. A infra-estrutura da companhia telefônica possui um enorme backup de bateria; TV a cabo não pode dizer o mesmo.

• Carregamento de telefone / tablet: use carregadores de carro, vendidos em todos os postos de gasolina.

• TV - muitas TVs permitem entrada de 12V.

• Carregue as ferramentas de oficina movidas a bateria.

• Termostatos e os relés que eles controlam.

• Calor: adicione um forno auxiliar de parede ou de piso que não exija eletricidade (nem mesmo para o termostato remoto).

• Água quente: os aquecedores de água quente a gás requerem muito pouca (ou nenhuma) eletricidade. Os aquecedores a gás sob demanda usam uma pequena quantidade, mas somente quando você os utiliza.

Você vê aonde isso está indo: em um apagão, você pode ser aconchegante, quente e assistir à Netflix.

Aqui estão algumas cargas que você não pode executar facilmente um sistema de 12V, porque os requisitos de energia são muito grandes.

• Ar condicionado e desumidificação

• Fornos de ar forçado que são, paradoxalmente, praticamente todos os sistemas no cinturão da neve. É por isso que é tão difícil para as pessoas lá proteger dessa maneira, porque essa gordura está no topo da lista "carga crítica". Aqueles fornos sem eletricidade nem são vendidos no cinto de neve!

• Usando eletricidade para produzir calor (aquecimento da casa, aquecimento da água, secagem ou cozimento)

• Lavagem de roupas e secagem a gás (as cargas do motor são consideráveis)

• Lavagem da louça (especialmente as partes de aquecimento de água e secagem por calor)

• Ferramentas elétricas

Sistemas maiores de 12V podem lidar com isso: a fiação não pode e eis o porquê: Potência (watts) é volts x amperes. Volts diminuem, amplificadores aumentam. O amplificador decide o tamanho do fio, que atinge rapidamente números impraticáveis. O seu ar condicionado de 240V / 30A passa a ser de 12V / 600A . Liguei o serviço elétrico de 600A, os fios são enormes e muito caros (US $ 60 / pé). Não funciona Mesmo um secador de cabelo de 1500W (agora 12V / 125A) requer essencialmente um cabo de soldagem.

Um sistema maior de 12V inverte para 120 / 240V diretamente na bateria e distribui-o pela casa com a fiação normal.