Устройства переменного и постоянного тока

Почему бытовая техника, такая как светильник, телевизор и вентилятор, используют питание переменного тока непосредственно от источника питания, а телефон и ноутбук используют адаптер для преобразования переменного тока в постоянный?

Это происходит главным образом из-за того, что напряжение в сети «высокое» по сравнению с тем, что нужно нормальной электронике, и что является безопасным.

Устройства, которые потребляют значительную мощность, такие как лампы и вентиляторы, предназначены для работы непосредственно от напряжения в сети. Стоимость защиты пользователя от более высокого напряжения компенсируется более эффективным использованием энергии и отсутствием необходимости ее преобразования.

Устройства с электроникой должны иметь низкое напряжение для работы электроники. Это означает дополнительный источник питания , который преобразует высокое напряжение в сети в низкое напряжение, необходимое для электроники. Он также преобразуется в постоянный ток, потому что для работы электроники требуется постоянный ток.

Учитывая наличие этого преобразователя между напряжением сети и внутренними частями устройства, у производителей есть выбор, куда его поместить. В некоторых случаях имеет смысл размещать этот преобразователь вне устройства. Это устраняет необходимость защищать пользователя от высокого напряжения на устройстве. Я вхожу в более подробно здесь .

Некоторые электронные устройства достаточно большие, поэтому имеет смысл поместить блок питания внутрь. Ваш телевизионный пример находится в этой категории. Это все еще электронное устройство, которое работает от внутреннего источника постоянного тока низкого напряжения, но оно достаточно большое, чтобы источник питания был внутренним.

Начать нужно с того, «почему напряжение в сети составляет 110 В / 220 В». Так что это переменный ток, потому что таким образом легко преобразовать напряжение с помощью трансформаторов или двигать двигатели (переменный ток). Обе причины были задолго до появления электроники.

Для электроники, такой как телевизор, ноутбук, что угодно, вам всегда потребуется постоянный ток, и значительно ниже, чем 160 В / 315 В (выпрямленный переменный ток). Это потому, что полупроводники работают в отличие от вакуумных трубок (о которых я понятия не имею, я не такой уж старый).

Так почему же у нас есть блок питания внутри устройства, а иногда снаружи? Это из соображений применения. Ноутбук - вы не хотите иметь блок питания, когда вы находитесь в пути. Таким образом, вы используете что-то внешнее, что вы можете оставить дома.

Для телевидения это не имеет значения, поэтому обычно лучше, чтобы покупатель имел его внутри. Хотя иногда для очень тонких устройств блок питания все равно будет внешним.

У меня есть ощущение, что, хотя большинство приведенных здесь объяснений в основном правильные, они на самом деле не отвечают на то, что спросил ОП. Что забавно, потому что я думаю, что объяснение должно состоять только из нескольких предложений.

Основная причина, по которой переменный ток выходит из вашей розетки, заключается в том, что он очень неэффективен для передачи постоянного тока на большие расстояния (и особенно низкого напряжения постоянного тока). (Помимо этого: электричество также является переменным, когда оно генерируется, по крайней мере, для большинства источников.) Когда оно приходит в ваш дом, оно почти всегда преобразуется в постоянный ток перед использованием, потому что почти все современные устройства нуждаются в постоянном токе. Те, кому нужен какой-то тип переменного тока, будут генерировать свои собственные, и не будут использовать переменный ток, подаваемый на него из розетки.

Есть только несколько исключений. (Я могу думать только о 3 на данный момент, но, вероятно, есть и другие):

• Двигатели: большинство (больших) электромоторов работают на переменном токе, поэтому они могут использовать его прямо из розетки.

• лампы накаливания: им требуется тепло, чтобы лампа горела. Независимо от того, что тепло исходит от переменного или постоянного тока, не имеет значения, поэтому нет причин для его преобразования.

• нагревательные элементы: такие же, как для ламп накаливания

Ваш телевизор не является одним из исключений, потому что он конвертируется в DC внутри, так же, как ваш ноутбук с внешним адаптером.

Другой причиной наличия отдельного преобразователя переменного тока в постоянный является безопасность. . Устройства, такие как ноутбуки и мобильные телефоны, обычно предназначены для пользователя, находящегося в тесном контакте с кожей. Небольшая неисправность внутреннего преобразователя переменного тока в постоянный может быть очень опасной.

Самое простое решение - иметь напряжение сети снаружи и вдали от устройства с надлежащей изоляцией в адаптере. Устройство видит только низкое напряжение постоянного тока.

Дом снабжен переменным током, потому что обычные полюсные трансформаторы и их большие родственники требуют переменного тока, и большинству домашних электроприборов раннего возраста было все равно, получают ли они переменный или постоянный ток. И по ряду других причин легче иметь дело с AC в процессе распространения.

Практически все устройства, которые обрабатывают аудио или видео (включая старые радиоприемники и телевизоры лампового типа), используют DC для большинства своих операций. Но преобразование из переменного тока в постоянный в небольшом масштабе не представляет особой сложности.

Часть причины историческая. Преобразование напряжения раньше требовало гораздо большего и более дорогого оборудования, чем сегодня, и многие электрические устройства требовали более высокого напряжения, чем сегодня. Белые светодиоды, которые являются первым дизайном электрических ламп общего назначения, который не нуждается высокого напряжения (ни для эффективности, ни для того, чтобы она вообще работала), появились на рынке только в 2010 году. Линейные «настенные бородавки» все еще были обычным явлением. в 2000 году были телевизоры с электронно-лучевой трубкой. Радио и телевизоры, которые использовали вакуумные трубки внутри (возможно, вместе с транзисторами), все еще были обычным явлением в начале 1980-х годов.

Следовательно, более старые виды использования электроэнергии, такие как лампы и бытовые приборы, как правило, были рассчитаны на работу непосредственно от напряжения сети, потому что наличие сетевого напряжения было для них более полезным, а также потому, что дешевле было делать это таким образом.

Любое бытовое устройство, которое вы приобретаете сегодня, и которое все еще работает непосредственно от сетевого напряжения, возможно, имеет мощный двигатель или нагреватель внутри; это те приложения, для которых еще более эффективно использовать прямое напряжение сети. Светодиодные лампочки являются особым случаем: имело бы определенный смысл питать их напряжением 12 В постоянного тока или около того, но поскольку в домах уже есть все проводное и ламповое оборудование, настроенное для освещения линейного напряжения, вместо этого они имеют встроенные преобразователи энергии.

(Вопрос для галереи арахиса: Какие напряжения используются внутри внутри аудиоустройства потребительского уровня текущего поколения? Они также имеют тенденцию потреблять входную мощность линейного напряжения, но это может быть просто «мы можем установить преобразователь внутри корпуса». «Сценарий упоминается в других ответах. Я не знаю, так или иначе.)

Флуоресцентные лампы и лампы накаливания могут работать от переменного тока напрямую, в основном потому, что они электрически просты (на самом деле они могут работать от переменного или постоянного тока без особых изменений) и рассчитаны на высокое напряжение. Вы можете снять их в замедленном режиме, и вы увидите, что они действительно включаются и выключаются при колебаниях тока.

Моторы, подобные тому, что установлен в вашем вентиляторе, также могут работать на переменном токе, потому что не сложно создать двигатель, который будет работать таким образом.

Светодиодные фонари и телевизоры фактически преобразуются в постоянный ток, используя схемы, аналогичные блоку питания для вашего ноутбука. Основными причинами, по которым ваша портативная электроника имеет отдельный преобразователь переменного тока в постоянный, является то, что тепло неудобно из-за того, что вы держите в руках, и портативность, что не является проблемой для телевизора и светодиодного освещения.

Относительно того, почему дизайнеры решили использовать DC вместо AC, есть много причин. Для таких приложений, как ваш телефон и ноутбук, которые должны работать от батарей; им нужно было бы добавить инвертор для преобразования постоянного тока в переменный, что добавило бы тепло и вес к продукту, который должен быть портативным. Кроме того, практически все цифровые схемы работают от постоянного тока, и было бы невероятно дорого, если не невозможно, с нуля сконструировать телефон или телевизор, работающий только от сети переменного тока. Как и во всех вопросах проектирования, основным мотиватором является стоимость: дешевле ли спроектировать мой двигатель для приема переменного тока или вставить трансформатор для преобразования переменного тока в постоянный?

Основная причина - тепло. Маленьким устройствам / приборам труднее отводить тепло от преобразования переменного тока в постоянный. Размещая преобразователь переменного / постоянного тока вне корпуса, небольшие устройства / устройства отодвигают источник тепла от других компонентов и снижают стоимость, не имея необходимости иметь дело с ним внутри корпуса.