Güç ızgaraları: AC ve DC

Duvarlarımızda çoğunlukla tarihi nedenlerden dolayı 50 / 60Hz olduğunu biliyoruz - 100 yıl önce DC voltajını yukarı / aşağı azaltmanın hiçbir yolu yoktu.

Bu günlerde bundan dolayı sorunlar yaşıyoruz - satılan her bir cihaz, 0'dan geçerken PSU olmadan yeterli güce sahip olmak için 1W güç başına ~ 1 uF kapağa sahip olmalı (bu sorun 3 fazlı güçte mevcut değil, ancak sadece endüstriyel uygulamalarda kullanılabilir AFAIK) + kapaklar sinüs zirveleri + tüm bu PFC karmaşasından kurtulmak için daha yüksek nominal gerilime sahip olmalıdır.

Modern güç şebekesi tasarlayacak olsaydık, AC'yi atlayacak ve her yerde DC'ye sahip olacağımızı söylemek doğru mudur? Gördüğüm kadarıyla, güvenilirliği önemli ölçüde artıracak ve birçok cihazın maliyetini azaltacaktır.

Intel Research'ten Guy Allee geçen yıl bu konu hakkında yazdı - DC - Zamanı gelip giden bir fikir mi? - aşağıdaki mermi noktalarıyla 380VDC ızgarayı desteklemek için:

• % 7 Enerji Tasarrufu ve Yüksek Verimli 415VAC; % 28 vs Akım Tipik 208VAC
• % 15 Daha Az Sermaye Maliyeti
• 15% daha az PSU bileşeni
• % 33 Veri Merkezi Alanında Tasarruf
• Akü veriyolunu doğrudan bağlarsanız% 1000'e giden% 200 Güvenilirlik İyileştirme
• Harmoniklerin giderilmesi ve diğer AC güç kalitesi sorunlarına doğal olarak bağışıklık
• Alternatif enerji üretimine doğal yakınlık (Fotovoltaik ve rüzgar dahili olarak ~ 400Vdc'dir ve AC'ye dönüştürmeye zorlandığınızda aslında enerji ve verimliliği kaybedersiniz)

Yorumlarda şunları ekledi:

Çok kasıtlı olarak 380Vdc'yi seçtik çünkü verimlilik için karşılayabileceğiniz kadar yüksek bir voltaja ulaşmak istiyorsunuz. Aynı zamanda bu standart sadece Alçak Gerilim uygulamalarını hedeflemektedir (<600V). Daha yükseğe çıkardık, ancak 400Vdc ve 420Vdc'de yapısal maliyet engelleri var. 380Vdc'de AC'nin kullandığı aynı hacim parça değerleriyle kalır ve mevcut AC güç kaynağı bileşeni hacimlerinin yığınında piggybacklemenin hacim maliyeti avantajlarını elde ederiz. Ayrıca, kişisel güvenlik ekipmanında +/- 340Vdc'nin sahip olduğu önemli maliyet ekleyicilerini de takdir edebileceğinizden eminim, bu yüzden standart maliyet etkin bir +/- 190Vdc dağıtımına izin verir. Böylece en yüksek verimlilik ve maliyet etkin standarda sahibiz. Ve diğer endüstriler, PV, rüzgar, elektrikli araçlar ve aydınlatma arasındaki yakınlıkla,

Ayrıca, bir bina içinde hem AC hem de DC'nin karışık bir şekilde dağılmış olduğu fikrinden bahseder (örneğin veri merkezleri). Bu girişim hakkında daha fazla bilgi için EMerge Alliance web sitesine bakın: http://www.emergealliance.org .

Emniyet. Duvar prizinden HVDC olması akıllı değildir. Yüksek bir akım cihazını ilk kapatmadan fişten çekin büyük bir ark çeker

Kısa cevap:

Hayır.

Uzun cevap:

Bir mesafeden güç dağıtımı için AC'nin avantajı, bir transformatör kullanarak voltaj değiştirme kolaylığından kaynaklanmaktadır. DC gücünün bir voltajdan diğerine dönüştürülmesi zor, pahalı, verimsiz ve gerekli bakım gerektiren büyük bir eğirme döner dönüştürücü veya motor-jeneratör seti gerektirirken, AC ile voltaj hareketli parçası olmayan basit ve verimli transformatörlerle değiştirilebilir ve çok az bakım gerektirir.

Önerilen Okuma:

Akım Savaşı

Haklı olabilirsin. AC bir zamanlar DC'ye karşı geçmişte büyük bir avantaj sağladı. Ancak DC-DC dönüştürücülerin maliyeti düştükçe, AC'nin göreceli avantajı düştü ve bazı durumlarda geçti. Bugün yeni bir güç iletim sistemi tasarlıyor olsaydık, her yerde DC toplam sistem maliyetlerini düşürebilir.

Eşdeğer bir güç ve akım seviyeleri ve güvenilirlik için DC, devre kesiciler ve sigortalar ile paratonerler için biraz daha güçlü parçalar gerektirir; ancak AC, basamaklı arızayı önlemek için biraz daha pahalı iletim hatları ve güç jeneratörlerinin daha iyi koordinasyonu gerektirir.

Her ne kadar (tarihsel nedenlerle) AC ekipmanı DC ekipmanına göre seri üretim ekonomisi ölçekli avantajlara sahip olsa da, yakın zamanda birçok uzun mesafe güç iletim sisteminin tasarımcıları yüksek voltajlı DC (tipik olarak 200.000 VDC) kullanmanın daha düşük olduğuna karar verdiler. AC kullanmaktan daha net sistem maliyetleri.

(Tarihsel nedenlerden dolayı) birçok uçak ve Uzay Mekiği 400 Hz 120 VAC kullansa da, uluslararası uzay istasyonunun erken planları, program öncelikleri değişene ve mühendisler değişene kadar 20.000 Hz 440 VAC dağıtım gücü (!) Kullanmasını istedi. 120 VDC güce kadar. ( Mukund R. Patel s. 543)

Google ( a , b ) kullanıcıları, AC şebeke gücünü 12 VDC'ye dönüştüren "yalnızca 12V'luk sarf malzemelerine" geçersek masaüstü ve sunucu üreticilerine net maliyetin düşebileceğini ve bilgisayar anakartının yalnızca 12 VDC gerektirdiğini önerdiler bu da, voltajın rengarenk bir ürün yelpazesine sahip kalın bir kablo demetine sahip mevcut ATX güç kaynağı yapılandırması yerine, ihtiyaç duyduğu voltaj koleksiyonuna (çoğu dizüstü bilgisayar gibi) iniyor.

Lee Felsenstein ve Douglas Adams daha da ileri gittiler ve birinden standart bir 12 VDC dağıtım sistemi geliştirmesini istediler. ( c , d )

Eklemek istediğim başka bir nokta daha var, bence AC'yi neden atlayamayız. Uzun paletler, özellikle kablolar DC'de daha iyi yapılır (daha uzun mesafelerde kullanımı pahalı olan endüktans / kapasitans nedeniyle).

Önemli olan, HVDC hatlarının noktadan noktaya olmasıdır. Örgülü DC şebekesi başka bir hikayedir. Şebekenin herhangi bir noktasında bir hata oluşursa, örneğin bir ağaç hatta düşerse, tüm ağ-ağ düşer (voltaj sıfıra düşer ve dönüştürücüler kapanmalıdır).
AC'de empedanz çoğunlukla endüktanstan etkilenir, bu nedenle impedanzın küçük direnci gösterdiği DC'de olduğu gibi çok daha büyük bir empedansımız var. Bir ağaç bir AC hattına düşerse, o noktadaki dalgalanma sıfır olur. Ancak yüksek hata akımı ve yüksek empedans büyük bir voltaj oluşturur. Yani sadece bu hat bitti, diğerleri (çok yakın değilse) normal voltajlarına (neredeyse) sahipler. DC'de empedans çok küçüktür, bu nedenle tüm kafesli ızgaradaki uçurum sadece bir çizgiye değil sıfıra yakın düşer, ancak tüm ağ düşer. Ayrıca bilmelisiniz ki, AC'de güç üretimi ve tüketimi dengesi sıkça yapılır. DC'de Gerilim ile yapılır. Bu, voltajla ilgili böyle büyük bir sorunun hiç de iyi olmadığını açıkça ortaya koymalıdır.
Birisi düşük netlik ile bu ağ üzerinde herhangi bir önemli gücü aktarmak isterse veya dalgalanmayı daha yüksek yapmak istiyorsa, hatların erimesi için çok çok büyük akımlara ihtiyaç vardır. Bu nedenle dönüştürücüler kapanır (karartma) ve hat onarılıp hazır olana kadar bekleyin.

Kısa cevap: Çok hızlı değil Daha uzun: Katı hal dönüştürücüler oldukça iyi. Uzun mesafeli iletimin birçok avantajı vardır. Kısa mesafe muhtemelen transformatörlerden faydalanmaktadır.

Ekstra Bilgi: Dünyada bazı DC elektrik hatları vardır. Örneğin Itaipu'daki HVDC hattını ele alalım , dünyadaki en önemli HVDC kurulumları arasında kalıyor. 780 km uzunluğunda 6300 MW'lık bir hat.