Urządzenia AC i DC

Dlaczego urządzenia domowe, takie jak światło, telewizor i wentylator, wykorzystują prąd przemienny bezpośrednio z zasilacza, a telefon i laptop używają adaptera do zamiany prądu przemiennego na prąd stały?

Wynika to głównie z tego, że napięcie sieciowe jest „wysokie” w porównaniu z tym, czego potrzebuje normalna elektronika i co jest bezpieczne.

Urządzenia zużywające znaczną moc, takie jak światła i wentylatory, są zbudowane tak, aby działały bezpośrednio z napięcia sieciowego. Koszt ochrony użytkownika przed wyższym napięciem jest równoważony przez bardziej efektywne wykorzystanie energii i brak konieczności jej konwersji.

Urządzenia z elektroniką potrzebują niskiego napięcia do uruchomienia elektroniki. Oznacza to dodatkowy zasilacz , który przekształca wysokie napięcie sieciowe na niskie napięcie potrzebne elektronice. Konwertuje również na prąd stały, ponieważ elektronika potrzebuje prądu stałego do działania.

Biorąc pod uwagę, że istnieje konwerter między napięciem sieciowym a rzeczywistymi elementami wewnętrznymi urządzenia, producenci mają wybór, gdzie go umieścić. W niektórych przypadkach sensowne jest umieszczenie tego konwertera na zewnątrz urządzenia. To eliminuje potrzebę ochrony użytkownika przed wysokim napięciem na urządzeniu. Wchodzę tutaj bardziej szczegółowo .

Niektóre urządzenia elektroniczne są na tyle duże, że sensowne jest umieszczenie zasilacza w środku. Twój przykład telewizora znajduje się w tej kategorii. To wciąż urządzenie elektroniczne, które wewnętrznie działa na niskim napięciu prądu stałego, ale jest wystarczająco duże, aby zasilacz był wewnętrzny.

Musisz zacząć od „dlaczego napięcie w sieci energetycznej wynosi 110VAC / 220VAC”. Tak więc jest to prąd przemienny, ponieważ w ten sposób łatwo jest przekształcić napięcie za pomocą transformatorów lub przesunąć silniki (prąd przemienny). Oba powody istniały na długo przed pojawieniem się elektroniki.

W przypadku elektroniki, takiej jak telewizor, laptop, cokolwiek, zawsze będziesz potrzebować prądu stałego i znacznie niższego niż 160 V / 315 V (rektyfikowany prąd przemienny). Wynika to z tego, jak działają półprzewodniki - w przeciwieństwie do lamp próżniowych (o których nie mam pojęcia, nie jestem tak stary).

Dlaczego więc czasami mamy zasilacz wewnątrz urządzenia, a czasem na zewnątrz? Jest tak, ponieważ względy aplikacji. Laptop - nie chcesz mieć zasilacza, gdy jesteś w ruchu. Więc używasz czegoś zewnętrznego, co możesz zostawić w domu.

W przypadku telewizji nie ma to znaczenia, więc zwykle lepiej jest, aby klient miał ją w środku. Chociaż czasami w przypadku wyjątkowo cienkich urządzeń zasilacz nadal będzie zewnętrzny.

Mam wrażenie, że chociaż większość podanych tu wyjaśnień jest w większości poprawna, tak naprawdę nie odpowiadają na pytania OP. Co jest zabawne, ponieważ uważam, że wyjaśnienie powinno składać się tylko z kilku zdań.

Głównym powodem, dla którego prąd przemienny wychodzi z gniazdka, jest to, że bardzo nieefektywne jest transportowanie prądu stałego na duże odległości (a zwłaszcza prądu stałego o niskim napięciu). (Poza tym: energia elektryczna jest również prądem przemiennym, gdy jest wytwarzana, przynajmniej w przypadku większości źródeł.) Kiedy przychodzi do domu, prawie zawsze jest przekształcana na prąd stały przed użyciem, ponieważ prawie wszystkie nowoczesne urządzenia potrzebują prądu stałego. Te, które potrzebują jakiegoś prądu przemiennego, wytwarzają własne i nie wykorzystują prądu przemiennego dostarczonego do niego z gniazdka.

Jest tylko kilka wyjątków. (Na razie mogę wymyślić tylko 3, ale prawdopodobnie jest więcej):

• silniki: większość (dużych) elektromotorów zasilanych jest prądem przemiennym, dzięki czemu można ich używać od razu z gniazdka.

• lampy żarowe: wymagają ciepła, aby lampa świeciła. Gdzie ciepło pochodzi z prądu przemiennego lub stałego, nie ma znaczenia, więc nie ma powodu, aby go przekształcać.

• elementy grzewcze: takie same jak w przypadku żarówek

Twój telewizor nie jest jednym z wyjątków, ponieważ konwertuje wewnętrznie na prąd stały, podobnie jak laptop z zewnętrznym adapterem.

Innym powodem posiadania oddzielnej przetwornicy AC na DC jest bezpieczeństwo . Urządzenia takie jak laptopy i telefony komórkowe są zwykle przeznaczone do obsługi przez użytkownika, który ma bliski kontakt ze skórą. Mała usterka wewnętrznego przetwornika AC na DC może być bardzo niebezpieczna.

Najłatwiejszym rozwiązaniem jest utrzymanie napięcia sieciowego na zewnątrz i z dala od urządzenia z odpowiednią izolacją w adapterze. Urządzenie widzi tylko niskie napięcie DC.

Dom jest zasilany prądem przemiennym, ponieważ zwykłe transformatory biegunowe i ich więksi kuzyni wymagają prądu przemiennego, a większość wczesnych domowych urządzeń elektrycznych nie dbała o to, czy ma prąd przemienny czy stały. Z wielu innych powodów łatwiej jest poradzić sobie z AC w ​​procesie dystrybucji.

Prawie wszystkie urządzenia przetwarzające audio lub wideo (w tym stare radiotelefony lampowe i telewizory) używają DC wewnętrznie do większości swoich operacji. Ale konwersja prądu przemiennego na prąd stały na małą skalę nie jest szczególnie trudna.

Część tego jest historyczna. Konwersja napięcia kiedyś wymagała znacznie większego i droższego sprzętu niż obecnie, a wiele gadżetów elektrycznych wymagało wyższego napięcia niż obecnie. Białe diody LED, które są pierwszą konstrukcją lamp elektrycznych ogólnego zastosowania, która nie wymaga wysokiego napięcia (ani w celu zwiększenia wydajności, ani w ogóle by działała), pojawiły się na rynku około 2010 roku. Liniowe „brodawki ścienne” były nadal powszechne w 2000 r., podobnie jak telewizory z lampami katodowymi. Radia i telewizory wykorzystujące lampy próżniowe wewnętrznie (być może obok tranzystorów) były nadal powszechne na początku lat osiemdziesiątych.

Dlatego starsze zastosowania energii elektrycznej, takie jak lampy i urządzenia gospodarstwa domowego, zwykle były zaprojektowane tak, aby działały bezpośrednio na napięcie sieciowe, zarówno dlatego, że dostępność napięcia sieciowego była dla nich bardziej przydatna, jak i dlatego, że było to tańsze.

Każde zakupione dziś urządzenie gospodarstwa domowego, które nadal działa bezpośrednio na napięcie sieciowe, prawdopodobnie ma silnik lub grzejnik dużej mocy; są to aplikacje, dla których jeszcze bardziej efektywne jest bezpośrednie stosowanie napięcia sieciowego. Żarówki LED są szczególnym przypadkiem: sensowne byłoby zasilenie ich napięciem stałym 12V lub tak, ale ponieważ domy mają już wszystkie okablowanie i sprzęt oświetleniowy skonfigurowany do oświetlenia napięcia sieciowego, zamiast tego mają wbudowane przetworniki mocy.

(Pytanie do galerii orzeszków ziemnych: jakie napięcia są używane wewnętrznie w sprzęcie audio klasy konsumenckiej prądowej? Te mają również tendencję do pobierania napięcia zasilania, ale może to być po prostu „możemy dopasować konwerter do obudowy) „scenariusz wspomniany w innych odpowiedziach. Nie znam jednej lub drugiej drogi.)

Lampy fluorescencyjne i żarowe mogą odpływać bezpośrednio z prądu przemiennego, ponieważ są elektrycznie proste (mogą faktycznie przepływać prądem przemiennym lub stałym bez większych modyfikacji) i są zaprojektowane tak, aby umożliwić wysokie napięcia. Możesz zrobić ich film w zwolnionym tempie, a zobaczysz, że faktycznie włączają się i wyłączają w miarę oscylacji prądu.

Silniki takie jak ten w wentylatorze mogą również pracować z prądem przemiennym, ponieważ zaprojektowanie silnika, który będzie działał w ten sposób, nie stanowi problemu.

Światła LED i telewizory faktycznie przekształcają się w prąd stały, używając obwodów podobnych do klocka zasilania laptopa. Głównym powodem, dla którego twoja przenośna elektronika ma osobny konwerter AC-DC, jest niewygodne ciepło w czymś, co trzymasz i przenośność, które nie są problemami z telewizorem i światłem LED.

Istnieje wiele powodów, dla których projektanci decydują się na użycie prądu stałego zamiast prądu przemiennego. Do aplikacji takich jak telefon i laptop, które wymagają wyczerpania baterii; musieliby dodać falownik do konwersji z prądu stałego na prąd przemienny, który zwiększyłby ciepło i ciężar produktu, który ma być przenośny. Zasadniczo wszystkie obwody cyfrowe są zasilane prądem stałym i byłoby niezwykle kosztowne, jeśli nie niemożliwe, zaprojektowanie od podstaw telefonu lub telewizora wykorzystującego wyłącznie prąd przemienny. Podobnie jak w przypadku wszystkich pytań projektowych, głównym motywatorem są koszty: czy taniej jest zaprojektować silnik tak, aby akceptował prąd przemienny lub wstawić transformator do konwersji prądu przemiennego na prąd stały?

Głównym powodem jest upał. Małe urządzenia / urządzenia mają trudniejszy czas rozpraszania ciepła z konwersji AC na DC. Umieszczając konwerter AC / DC poza obudową, małe urządzenia / urządzenia odsuną źródło ciepła od innych komponentów i obniżą koszty, nie musząc sobie z tym poradzić w obudowie.