Sieć domowa 5 V.

Planuję dodać wiele urządzeń IoT w moim domu i szukam eleganckiego rozwiązania, które by je zasilało. Wszystkie będą potrzebować 5 V, niewielka ich liczba (aparaty) pobrałaby do 2 amperów, a większość pobrałaby mniej niż 500 mA.

Zastanawiam się nad poprowadzeniem przez dom osobnej linii 5 V z kablem 10 AWG (w celu zmniejszenia spadku napięcia) i transformatorem 120 V - 5 V, 20 amperów na każdym piętrze. Dodałbym jakieś złącza, każdy kilka stóp, aby móc łatwo połączyć się z linią w przyszłości.

Głównym celem tego wszystkiego jest utrzymanie wolnych gniazdek elektrycznych, zaoszczędzenie wszystkich pojedynczych transformatorów, których będę potrzebować, i pozwolenie na rozszerzenie mojej sieci IoT w przyszłości, bez użycia dodatkowych gniazd / zbędnych kabli do zawieszania. Czy to realne rozwiązanie, czy jest bardziej skuteczny sposób na osiągnięcie mojego celu?

Zastanawiam się, czy lepiej byłoby użyć transformatora 120 V - 12 V, aby zrekompensować spadek napięcia i dodać konwertery buck / regulatory liniowe na każdym urządzeniu, ale chciałbym zaoszczędzić dodatkowy sprzęt, jeśli jest to wykonalne.

1. Sieć 5 V prądu stałego może być „złym pomysłem”.
2. Nieco wyższa sieć napięcia z lokalnymi regulatorami powinna być nieco lepsza, ale zwiększa złożoność elektroniczną.
3. Lokalne zasilacze 5 V z systemem krótkiego zasięgu mogą ogólnie być lepsze.

Kabel o grubości 12 ma rezystancję ~ = 1,6 oma na 1000 stóp lub na 500 „stóp pętli”.
Otrzymujesz więc spadek prądu 1,6 V na wzmacniacz dla 500 pętli stopy lub około 3 mV na stopę pętli na wzmacniacz.

Opcja 1:

Bieg 5 V, powiedzmy 100 stóp przy 10 A, spadnie o 3 mV x 100 x 10 = 3 V.
To oczywiście za dużo przy 5 V.
MOŻESZ zdecydować, że maks. 5A jest w porządku - lub że średni prąd wynosi połowę maksimum, jeśli jest równomiernie rozłożony, a maksymalna długość 50 stóp może być dopuszczalna.
Ale kompromisy nadal powodują spadki w zakresie 0,5–1,5 V.
Kilka kamer na drugim końcu może „zepsuć ci dzień”.

Twoja sieć musi być „głupia” i być w stanie dostarczyć maksymalną moc przy 5 VDC lub inteligentną i zasilać tylko w drodze negocjacji. Przy 10 A to 5 V x 10 A = 50 W i prawdopodobnie dwukrotnie więcej, aby umożliwić upuszczenie i utrwalenie i ... 50-100 W wystarczy, aby rozpalić ogień z odrobiną pomysłowości. Murphy ma wiele pomysłowości. Nie jest to wada śmiertelna, ale konieczna jest ostrożność. Jest to niższy prąd i niższe napięcie niż zapewniają obwody prądu przemiennego - więc jeśli zachowasz taką samą ostrożność z siecią prądu stałego, jak i prądem przemiennym, może być OK - zauważając potrzebę przełączników zdolnych do obsługi prądu stałego dobrze przy prądzie znamionowym (prąd stały znacznie trudniejsze niż AC).

Opcja 2:

Dystrybucja powiedzmy 8 VDC lub wyższa (10-12 VDC lepsza) (lub można użyć prądu przemiennego) pozwoli uniknąć problemów z zanikiem napięcia. Jeśli użyjesz lokalnych regulatorów liniowych, stracisz skuteczność wraz ze wzrostem napięcia zasilania. Jeśli 8 VDC jest „wystarczające”, tracisz (8–5) / 8 ~ = 40% mocy. I jeszcze raz przy większym napięciu. Dodałeś także złożoności i kosztów oraz niestandardowego systemu.

W przypadku zastosowania trybu przełączania wydajność lokalnych przetwornic jest względnie stała przy napięciu zasilania, a straty na okablowaniu spadają wraz ze wzrostem napięcia z powodu strat rezystancyjnych proporcjonalnych do kwadratu prądu. Ale konwertery zwiększają złożoność i koszty. POE (power over ethernet) to jedna wersja tego - a koszt jednego konwertera może być znaczny w przypadku sprzętu gotowego do użycia, w porównaniu do używania komercyjnych zasilaczy sieciowych.

Opcja 3:

Pojedyncze gniazdo zasilania na lokalizację umożliwia obsługę lokalnego zasilacza 5 V LUB zasilacza sieciowego z kolekcją wtyczek.
Przy biurku, na którym piszę, mam półki zasilane USB 18 x 12V. Rozważałem użycie zasilacza 20A plus 12V, niestandardowych przewodów (gniazdo standardowe i kabel z dysku twardego do systemu połączeń), ale jak dotąd zwyciężyły pakiety zasilające 18 x 12V 1A i wymagane wtyczki sieciowe. Spadek napięcia nie stanowi problemu, mam doskonałą redundancję zasilania, albo dostarczając powiedzmy 2 zapasowe napięcie 12V lub pożyczając źródło z mniej krytycznego źródła zasilania, jeśli to konieczne.

Moje potrzeby w zakresie zasilania „USB” 5 V są zaspokajane przez kilka komputerów z gniazdami USB, a niektóre dyski twarde mają zasilane wyjścia 5 V. Psy „USB” 5 V są bardzo dostępne, niedrogie (zwłaszcza, że ​​używane są zwykle niezawodne), a złącze jest uniwersalne.

A prąd przemienny (w moim przypadku 230 V 50 Hz) jest dostępny w całym domu, w każdym domu lub firmie, którą odwiedzam.

Dla mnie i prawdopodobnie dla ciebie opcja 3 ma największy sens.

Z powodzeniem korzystałem z power-over-ethernet na różnych urządzeniach rozmieszczonych w moim domu.

Zalety obejmują:

• Może korzystać z dowolnego istniejącego okablowania Cat-5
• Wszelkie podłączone okablowanie można później zmienić, jeśli nie będą potrzebne.
• Gotowe adaptery do dostarczania i odbierania energii są łatwo dostępne (zwykle sprzedawane do systemów CCTV).
• Możesz używać do przewodowych połączeń sieciowych, które są ogólnie bardziej niezawodne niż Wi-Fi

Używam „pasywnego” PoE (4 przewody dla sieci, 4 przewody dla prądu stałego +/-) przy napięciu 24 V, z lokalnym obniżeniem napięcia o 5 V na końcu odbiorczym. „Wtryskiwacz” PoE zasila mój UPS, więc gadżety pozostają pod napięciem.

Spadek napięcia jest zabójcą

Problem polega na tym, że spadek napięcia jest niezwykle ostry przy bardzo niskich napięciach, ponieważ prądy są z natury wyższe, a spadek napięcia jest funkcją prądów (E = IR). Jest to kwadratowa funkcja względem napięcia. Oznacza to, że dystrybucja 5 V zamiast 12 V jest gorsza o współczynnik 5,76. Jako szybki przykład dla biegu 100 m (30 m) ze spadkiem napięcia 3,6%:

5 woltów @ 12 amperów (60 W) potrzebuje 212 kcmil (4/0 AWG)
12 woltów @ 5 amperów (60 W) potrzebuje 26 kcmil (6 AWG)

Nie „bomp wah”; faktycznie wykonać obliczenia spadku napięcia

Pewnego razu spojrzałem na projekt słoneczny. Drut 15 A @ 12-19 V, 14 AWG będzie w porządku. Tyle że jechał 200 stóp (60 m). Więc dał mu guz o wielkości drutu i dodatkowy jeden lub dobry środek, wyczyść drut do 10 AWG. Oczywiście system miał całkowitą awarię i nie ładował akumulatorów zgodnie z obliczeniami. Nie mógł zrozumieć. „Bat ah uderzył waha!” ^†

^{† Tłumaczenie: „Ale podniosłem (zwiększyłem) drut”}

I ty też to stworzyłeś. Poddałeś mu podstępny garb na numer 10 i powiedziałeś „wystarczy. Musisz przejść do kalkulatora spadku napięcia i sprawdzić . Powinno to opierać się na faktycznym prądzie pobieranym przez obciążenia na przewodach, a nie na przerywaczu lub wartości znamionowej zasilania. Ocena długiego odgałęzienia za 20 A, gdy musi on przenosić tylko 2 A, jest marnotrawstwem.

Przeprowadziłem obliczenia nierówności, gdzie okazało się, że nie potrzebowałem nierówności.

Przestrzegaj Kodeksu ... Ale nie jest tak źle

Nadal musisz postępować zgodnie z kodami elektrycznymi podczas instalacji, która jest częścią budynku. Na szczęście kody elektryczne są bardzo rozluźnione w przypadku instalacji niskiego napięcia, a dodatkowo w przypadku instalacji <55 W.

Witryna sąsiada diy.stackexchange.com jest dobra na pytania dotyczące kodu.

12 V jest o wiele lepsze, niż powinieneś to zrobić.

Jak widać z powyższego obliczenia spadku napięcia 12/5, 12 V działa lepiej na światach. Wciąż ma to wpływ na spadek napięcia; ale są znacznie zredukowane. Tymczasem jest bardzo wszechstronny, a system można nawet rozszerzyć na system tworzenia kopii zapasowych w całym domu.

• Oświetlenie LED 12 V ma ogromną różnorodność i jest bardziej ściemnialne i hakowalne niż oświetlenie sieciowe
• Większość routerów internetowych i modemów może na nim działać
• Niektóre telewizory mogą na nim działać
• Baterie są do tego łatwo dostępne tanio lub w wielu chemikaliach
• Większość kontrolerów ładowania słonecznego może je zasilać
• co oznacza, że ​​w przypadku awarii zasilania masz światła i Netflix
• Niektóre inteligentne dzwonki do drzwi mogą nawet na nim działać.
• Że w przypadku pieca gazowego, takiego jak Empire, gazowy podgrzewacz wody i piec mogą sprawić, że dom będzie doskonale nadawał się do zamieszkania z rusztem opuszczonym lub nieobecnym

Co więcej, zmiana napięcia z 12 V na 5 V naprawdę nie stanowi problemu. Jest to prawdopodobnie najczęściej sprzedawany konwerter zasilania w dowolnym miejscu!

To zależy od odległości, jak wspomniali inni. W rzeczywistości prowadziliśmy sieć RS485 z mistrzem zasilającym niewolników w odległości 20 stóp od siebie w konfiguracji gwiazdy.

Mogliśmy z łatwością pracować z 5v 3A na masterie, ponieważ slave'owie potrzebowali tylko 3,3v, którym zarządzano za pomocą prostego regulatora napięcia.

Wykorzystaliśmy tanie skręcone przewody elektryczne, aby obniżyć koszty wdrożenia w wielu lokalizacjach.