enchufe doméstico con voltaje DC

Me pregunto por qué, en una casa estándar, en lugar de usar muchos rectificadores de CA-CC de baja potencia, no hay un rectificador de CA-CC grande (como 12 V 20 ~ 50 A) que suministre un enchufe de pared con un voltaje de CC. A la larga, esto debería ser menos costoso, dado el hecho de que CA a CC en un aparato grande se hace mejor que en muchos transformadores de baja calidad, ¿verdad?

Además, los reguladores de voltaje de CC de chip modernos tienen una eficiencia de> 90%, por lo que los voltajes más pequeños (o incluso más grandes) siguen siendo eficientes y posibles.

Entonces, podríamos usar un enchufe de 12 V para cargar un teléfono, una computadora de escritorio, una computadora portátil, una radio, etc. y aún así tener un enchufe de CA para mover el motor de la lavadora y otras cosas que funcionan mejor con un suministro de CA.

¿Por qué no se hace esto?

editar: la pregunta real es: ¿es conveniente, dada una familia estándar (2 computadoras portátiles, 1 computadora de escritorio, 4 teléfonos inteligentes, 1 televisor grande y algunos dispositivos electrónicos menores) para hacerlo?

Los teléfonos fueron alimentados por la línea telefónica. Aparte de eso, la computadora de escritorio, la computadora portátil, los cargadores, etc. son innovaciones (relativamente) recientes y ninguno de ellos tenía voltajes de CC definidos. USB 5V se usa principalmente ahora, entonces, ¿por qué no 5V? ¿O 19V para portátiles?
no mire eso en particular, podemos ir incluso con 25 V, el paso hacia arriba o hacia abajo de CC (regulador) tiene una eficiencia> 90%, por lo que puede usar lo que quiera. Puedo entender que las casas VIEJAS no tienen este truco, pero ¿qué pasa con las casas nuevas?
Ha respondido a su propia pregunta: CASA ESTÁNDAR.
Tendría que hacer cables personalizados para cada uno de sus dispositivos que requiera carga.
@tcrosley al principio, pero una vez que se convierta en estándar, el dispositivo tendrá el acorde antiguo y/o nuevo, según el enchufe que sea más eficiente.
@JImDearden no puedo entender qué quieres decir con "CASA ESTÁNDAR". Como dije, las casas VIEJAS están construidas así y está bien, pero ¿las casas más nuevas?
Necesidad histórica: debe tener en cuenta que el cableado de la casa se trataba originalmente de iluminación, y luego otras cosas construidas para ser compatibles con eso. El problema del tamaño del conductor es real, pero no prohibitivo: aparentemente existen granjas rurales con sistemas de batería y generador de CC de aproximadamente 12 V.

Respuestas (4)

Creo que se está enfocando en un pequeño hecho sobre la eficiencia de conversión de energía e ignorando todos los factores más importantes:

  • costo adicional de cobre en el cableado de la casa para transportar una potencia de CC significativa
    (esta es en parte la razón por la cual la CA de Tesla venció al sistema de CC de Edison),
  • la falta de un voltaje de CC estándar único, por lo que aún se requiere conversión,
  • el requisito de CA de mayor voltaje de todos modos para los dispositivos domésticos existentes y futuros,
  • la fiabilidad, disponibilidad y economía de los convertidores AC-DC de baja potencia,
  • la flexibilidad de las técnicas de conversión AC-DC
  • la flexibilidad y escalabilidad de convertir de un único estándar de CA al requisito específico del dispositivo
  • la complejidad adicional del cableado de la casa si se deben enrutar dos 'estándares', por ejemplo, la necesidad de nuevos estándares de enchufe, cables adicionales enrutados a través del edificio
  • Todavía habrá un período de transición en el que ambos sistemas deben ser compatibles, y en mi humilde opinión, ningún gobierno democrático en su sano juicio ordenaría el cambio,
  • También creo que a medida que aumenta la energía, el costo de los componentes para CC-CC aumenta con bastante rapidez por encima de los modestos requisitos de conversión de energía.

Editar:
el cobre es caro, Bolsa de Metales de Londres: el cobre enumera una tonelada de cobre (efectivo) a $ 7050, y eso no se ha procesado en cable.
En comparación, la Bolsa de Metales de Londres: la palanquilla de acero cotiza una tonelada a $ 430, es decir, el cobre es 16 veces más caro que el acero.

Entonces, ¿qué grosor debe tener el cable de 50 A y 12 V para no desperdiciar más energía como calor que CA? (Recuerde que la mayor parte del beneficio mencionado es la eficiencia, por lo que parece razonable asegurarse de que las pérdidas debidas al calor en el cable de CC no sean peores que 230 V CA).

Comparemos el cable de alimentación de CA clasificado en, digamos, 15 A (Europa 230 V), con un cable de CC de 12 V y 50 A.

Pérdida de potencia = I^2 R

15^2 Rac = 50^2 Rcc

Rdc = Rac x 15^2/50^2 = Rac x 0,09,
es decir, Rdc debe tener una resistencia ~11 veces menor que Rac para lograr una pérdida de potencia similar

El cable de CC necesitaría tener un área de sección transversal 11 veces mayor que el cable de CA para alcanzar la misma pérdida de potencia en calor. Dicho de otra manera, el cableado doméstico de CC necesitaría 12 veces más cobre para que las pérdidas en los cables de CC no fueran peores que las de la red de CA.

Además, mientras que el cable de CA de 230 V y 15 A puede transportar 3,6 kW, el cable de CC de 12 V y 50 A transporta 600 W con las mismas pérdidas.

Sí, por 11 veces más cobre (para mantener pérdidas de energía comparables a las de CA), el cable de CC transporta 1/6 de la potencia. Incluso a la escala de una casa, el cableado de CC de bajo voltaje propuesto no es viable frente a 230 V CA.

Los significativos e importantes costos económicos, prácticos, políticos y de transición parecen eclipsar cualquier beneficio teórico.

"(Esta es en parte la razón por la cual la CA de Tesla venció al sistema de CC de Edison)" FTFY.
Por favor, no pido CC COMPLETA sino un sistema CC + CA. Es cierto que hay más cable, y un nuevo estándar de socket, y decidir qué voltaje usar.. Pero el cable no es tan expansivo, dado que llevará 20/50A (se usan mucho en el mundo RC) que yo sepa, el suministro de CA a CC nunca se coloca directamente en la electrónica, ya que tiene mucha ondulación, por lo que pasan de todos modos a un regulador. esos reducirán el punto 1 2 3 6 7 8, 4 es una cuestión de adopción, y no puedo entender el punto 5
@lesto No hay nada que impida que los propietarios instalen otros sistemas como CC de bajo voltaje, sistemas de datos ópticos, audio, etc. para sus necesidades particulares. Sin embargo, los circuitos básicos de alimentación de CA instalados son las partes finales de una red de distribución de energía muy grande y costosa. , una gran inversión realizada en la producción de estándares de ingeniería en todo el mundo, organismos de capacitación y calificación para garantizar altos estándares de instalación y seguridad. Gbulmer señala correctamente que ningún gobierno democrático en su sano juicio ordenaría el cambio. Todo lo que necesita se puede lograr con la configuración actual (sin juego de palabras).
@JImDearden, está bien, editaré la pregunta para que sea más clara, el punto es, ¿la ganancia será más que exanse?
@Ignacio Vazquez-Abrams - "... por qué el aire acondicionado de Tesla..." arreglado. Deberíamos aprovechar cada oportunidad para recordarle a la gente sobre Nikola Tesla. Soy británico, así que me molesta que la gente piense que Edison inventó la bombilla.
Uno casi se pregunta si el próximo movimiento de Edison después de convencer a los EE. UU. de que se vayan a DC sería comprar tantas minas de cobre como sea posible...
@gbulmer Soy un Geordie (nacido en Newcastle upon Tyne) y, por supuesto, fue un compañero de Geordie, Sir Joseph Swan, quien inventó la bombilla de filamento de metal que se demostró por primera vez en una conferencia el 18 de diciembre de 1878 en lo que se convertiría en Universidad de Newcastle. Por supuesto, también tenemos la casa de Lord Armstrong en Cragside, que fue la primera casa en el mundo en ser alimentada por hidroelectricidad usando las bombillas de Swan. No debemos olvidar a George Westinghouse (de América) cuya compañía (1888) empleó a Tesla y promovió el uso de la producción y transmisión de energía CA.
@JImDearden - Estoy de acuerdo. Soy un 'sureño' en comparación con usted, nací en el condado de Durham y viví mis primeros años en Swan Walk :-) Edison sin duda tenía talento, pero en mi humilde opinión, la gente se confunde acerca de dónde estaba su talento.

Para una potencia determinada requerida por un dispositivo, cuanto menor sea el voltaje, mayor debe ser la corriente. Eso implicaría hilos mucho más gruesos, y un posible sobrecalentamiento donde la sección no es suficiente.

Incluso creando su riel de CC, ¿qué voltaje elegiría? Si elige 12 V CC, por ejemplo, debe agregar uno o más CC-CC para voltajes más bajos. En ese punto, ¿dónde está la conveniencia?

Los CC pequeños y económicos a CC tienen un rango de eficiencia del 90%, mientras que los CA-CC de pared normales tienen menos del 70%
Creo que estás mezclando dos cosas. Si elige un transformador (por lo tanto, AC-AC), su eficiencia es casi del 100%. Lo que está reduciendo la eficiencia es la forma de rectificar la CA (por lo tanto, CA-CC). La forma antigua pero barata es "desperdiciar" energía a través de alguna carga, generalmente un transistor más o menos. La nueva forma es cambiar la energía de un lado a otro a través de algún acumulador de energía, generalmente una bobina. Entonces, el problema no es CA o CC, alto o bajo voltaje, sino la forma en que el constructor hizo la fuente de alimentación.
Suministrar un electrodoméstico de 500 W (como una PC) a 10 V CC requeriría 50 A. Eso significaría algo así como un cable AWG 6 en la pared, con los costos adicionales correspondientes.

Pensé que si las cosas se hicieran de nuevo, sabiendo lo que sabemos ahora, sería mejor que las casas se suministraran con energía trifásica de 60 Hz o 50 Hz.

Se convierte fácilmente en CC con 6 diodos (no se requiere condensador para una ondulación moderada), se transforma fácilmente en otros voltajes con un transformador de frecuencia de red y hará funcionar directamente motores trifásicos silenciosos y eficientes que no requieren condensadores de "funcionamiento". Si desea un motor trifásico de frecuencia variable, no necesita un condensador enorme que es lo primero que muere.

En la actualidad, en América del Norte, la energía trifásica se utiliza prácticamente en todas las instalaciones comerciales e industriales y en muchos edificios de apartamentos (aunque no en unidades individuales). Se divide calle por calle en subdivisiones.

Los ahorros en miles de millones de dispositivos probablemente superarían con creces el costo de capital adicional.

http://coefs.uncc.edu/mnoras/files/2013/03/Transformer-and-Inductor-Design-Handbook_Chapter_12.pdf

Pero es demasiado tarde para eso, y los estándares se establecieron mucho antes de pensar en la electrónica a gran escala. La mayoría de los consumidores estaban contentos con algunas bombillas incandescentes primitivas, un motor débil y voluminoso en la hielera eléctrica y la lavadora, etc., ninguno de los cuales estaba tan relacionado con la monofásica frente a la trifásica.

Si hiciera un tomacorriente con (digamos) 300 V CC, ejecutaría muchos de los dispositivos electrónicos que tenemos ahora (la vida útil del capacitor del filtro de entrada ya no sería un problema). No serían mucho más simples, pero podrían ser más compactos. Sin embargo, incluso hoy en día, muchos dispositivos se convertirían en humo con entrada de CC (cualquier cosa con un transformador o motor de frecuencia de red, y probablemente algunos otros encima). Entonces, necesitarías un enchufe diferente.

En principio estoy de acuerdo en que podría haber sido una mejor elección. Sin embargo, todavía tengo dispositivos que necesitan una "Tierra" para estar "seguros", y supongo que no estoy solo en eso. Por lo tanto, requeriría un cable adicional.
La infraestructura para entregar 3 fases a cada casa es más de lo que parece. Por lo general, cada 1-3 casas tiene un transformador reductor. Esos serían bastante más voluminosos y caros si tuvieran que ser trifásicos, y habría muchos de ellos. Allí estaría el cableado adicional para llevar 3 fases a todas partes.
@OlinLathrop Habría un cable adicional por las calles que actualmente no tienen trifásico (el mío sí, pero sería un gran problema en las áreas rurales) y luego a las casas y al menos a algunos de los puntos de venta. Un transformador trifásico podría usar menos material de núcleo que uno monofásico para los mismos kVA, pero, por supuesto, la forma puede ser menos conveniente. Creo que la masa de cobre utilizada en el cableado también sería menor, pero no lo he calculado. En cualquier caso, es un punto discutible, ya que fuera de Europa no está sucediendo.
Con un transformador que tiene secundario tanto en triángulo como en estrella, el rectificador de 12 diodos funciona aún mejor.

Porque una "Casa estándar" nació hace un siglo (más o menos), y se modificó lentamente según fue necesario (seguridad pública y código eléctrico estándar), a la velocidad de la burocracia. Las personas son muy resistentes al cambio. Una vez que se formó el IEC y se produjo la consolidación de los estándares, cualquier cosa demasiado diferente debe tener un amplio apoyo para difundirse. Lo cual es una trampa 22. A menos que haya demanda, no hay oferta.

Dado que todo ya funciona en el sistema actual, con todos los negativos invisibles para el usuario común, negativos que son muy neutrales. La eficiencia no le importa a alguien a quien solo le importa si funciona o no.

Dicho esto, la CC de bajo voltaje es un estándar utilizado en muchos hogares. O debería decir junto a las casas. Se utiliza en la iluminación de jardines. Y existen nuevos productos que impulsan DC. Cargadores usb de 2+ amperios en la pared. Tomacorrientes de CA con puertos de carga USB incorporados. Le doy una década antes de que se vuelvan tan comunes que los jóvenes compradores primerizos rechacen una casa sin ellos.

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