Dispositivos CA e CC

Por que eletrodomésticos como luz, TV e ventilador usam energia CA diretamente do suprimento, mas um telefone e laptop usam um adaptador para converter CA em CC?

Isso ocorre principalmente porque a tensão da linha é "alta" em comparação com o que a eletrônica normal precisa e o que é seguro.

Os dispositivos que usam energia significativa, como luzes e ventiladores, são criados para funcionar diretamente com a tensão da linha de energia. O custo de proteger o usuário da tensão mais alta é compensado pelo uso mais eficiente da energia e não pela necessidade de convertê-la.

Dispositivos com componentes eletrônicos precisam de baixa voltagem para executá-los. Isso significa uma fonte de alimentação extra , que converte a alta voltagem da linha na baixa voltagem necessária aos eletrônicos. Também se converte em corrente contínua, porque os eletrônicos precisam de corrente contínua para operar.

Dado que existe esse conversor entre a tensão da linha e as partes internas reais do dispositivo, os fabricantes podem escolher onde colocá-lo. Em alguns casos, faz sentido colocar esse conversor externo ao dispositivo. Isso alivia a necessidade de proteger o usuário da alta tensão no dispositivo. Entro em mais detalhes aqui .

Alguns dispositivos eletrônicos são grandes o suficiente para fazer sentido colocar a fonte de alimentação dentro. O seu exemplo de TV está nesta categoria. Ainda é um dispositivo eletrônico que roda internamente em CC de baixa tensão, mas é grande o suficiente para que a fonte de alimentação seja interna.

Você deve começar com "por que a tensão da rede elétrica é 110VAC / 220VAC". Portanto, é CA, pois dessa maneira é fácil converter a tensão por transformadores ou mover motores (CA). Ambas as razões estavam lá muito antes da eletrônica aparecer.

Para eletrônicos, como TV, laptop, o que for, você sempre precisará de CC e é significativamente menor que 160V / 315V (CA retificado). Isso ocorre porque como os semicondutores funcionam - ao contrário dos tubos de vácuo (dos quais não tenho idéia, não sou tão velho).

Então, por que temos alguma fonte de alimentação dentro de um dispositivo e às vezes fora? É por considerações de aplicativo. Laptop - você não quer ter uma fonte de alimentação interna quando estiver em movimento. Então você usa algo externo, que você pode deixar em casa.

Para a TV, isso não importa, então normalmente é melhor para o cliente tê-la dentro. Embora às vezes para dispositivos extremamente finos, a fonte de alimentação ainda seja externa.

Tenho a sensação de que, embora a maioria das explicações dadas aqui esteja na maior parte correta, elas não estão realmente respondendo ao que o OP pediu. O que é engraçado, porque acho que a explicação deve ter apenas algumas frases.

A principal razão pela qual a CA sai da sua tomada é porque é muito ineficiente transportar CC em longas distâncias (e especialmente em baixa tensão CC). (Além disso: a eletricidade também é CA quando é gerada, pelo menos para a maioria das fontes.) Quando chega em sua casa, é quase sempre convertida em CC antes do uso, porque quase todos os dispositivos modernos precisam de CC. Os que precisam de algum tipo de CA geram seus próprios, e não usam o CA fornecido a partir da tomada.

Existem apenas algumas exceções. (Só consigo pensar em 3 por enquanto, mas provavelmente há mais):

• motores: a maioria dos elektromotores (grandes) funciona com corrente alternada, para que possam usá-lo imediatamente da tomada.

• lâmpadas incandescentes: requerem calor para fazer a lâmpada brilhar. Se o calor vem de CA ou CC, não importa, então não há razão para convertê-lo.

• elementos de aquecimento: o mesmo que para lâmpadas incandescentes

Sua TV não é uma das exceções, porque converte em DC internamente, da mesma forma que o seu laptop com um adaptador externo.

Outro motivo para ter um conversor CA para CC separado é a Segurança . Dispositivos como laptops e celulares costumam ser manuseados pelo usuário com contato próximo com a pele. Uma pequena falha com um conversor interno de CA para CC pode ser muito perigosa.

A solução mais fácil é manter a tensão da linha fora e longe do dispositivo, com isolamento adequado no adaptador. O dispositivo vê apenas a CC de baixa tensão.

A casa é fornecida com CA, porque transformadores de pólo regulares e seus primos maiores precisam de CA, e a maioria dos dispositivos elétricos domésticos não se importava se eles tinham CA ou CC. E por vários outros motivos, é mais fácil lidar com a CA no processo de distribuição.

Praticamente todos os dispositivos que processam áudio ou vídeo (incluindo rádios e TVs antigos do tipo tubo) usam DC internamente na maior parte de suas operações. Mas converter de CA para CC em pequena escala não é particularmente difícil.

Parte do motivo é histórico. A conversão de voltagem costumava envolver hardware muito maior e mais caro do que hoje, e muitos aparelhos elétricos costumavam exigir voltagem mais alta do que hoje. Os LEDs brancos, que são o primeiro projeto de lâmpada elétrica de uso geral que não precisa de alta tensão (para aumentar a eficiência ou para fazê-lo funcionar), só chegaram ao mercado por volta de 2010. As "verrugas" lineares de parede ainda eram comuns. em 2000, assim como as TVs de tubo de raios catódicos. Rádios e TVs que usavam tubos de vácuo internamente (talvez ao lado de transistores) ainda eram comuns no início dos anos 80.

Portanto, os usos mais antigos de eletricidade, como lâmpadas e eletrodomésticos, tendem a ter sido projetados para funcionar diretamente na tensão da linha, tanto porque a disponibilidade da tensão da linha era mais útil para eles, quanto porque era mais barato fazê-lo dessa maneira.

Qualquer dispositivo doméstico que você compra hoje, que ainda funcione diretamente na tensão da linha, provavelmente possui um motor ou aquecedor de alta potência; essas são as aplicações para as quais ainda é mais eficiente usar a tensão da linha diretamente. As lâmpadas LED são um caso especial: faria um certo sentido alimentá-las com 12VDC ou mais, mas como as casas já possuem todo o hardware da fiação e da lâmpada configurado para iluminação de tensão de linha, eles têm conversores de energia incorporados.

(Pergunta para a galeria de amendoins: que voltagens são usadas internamente nos equipamentos de áudio de geração de corrente do consumidor? Esses também tendem a receber uma entrada de energia de voltagem de linha, mas isso pode ser apenas o "podemos ajustar o conversor dentro do gabinete" "cenário mencionado em outras respostas. Não sei de um jeito ou de outro.)

As luzes fluorescentes e incandescentes podem ficar sem corrente alternada diretamente, basicamente porque são eletricamente simples (elas podem realmente sair de corrente alternada ou CC sem muita modificação) e foram projetadas para permitir altas tensões. Você pode gravar um vídeo em câmera lenta deles e verá que eles realmente ligam e desligam à medida que a corrente oscila.

Motores como o do seu ventilador também podem funcionar com corrente alternada, porque não é muito difícil projetar um motor que possa funcionar dessa maneira.

As luzes e as TVs de LED convertem-se para DC internamente, usando circuitos semelhantes ao bloco de potência do seu laptop. Os principais motivos pelos quais seus aparelhos eletrônicos portáteis possuem um conversor CA-CC separado são o desconforto causado por algo que você está segurando e portabilidade, o que não é um problema da TV e da luz LED.

Quanto ao motivo pelo qual os designers optam por usar DC em vez de CA, há muitas razões. Para aplicativos como telefone e laptop que precisam ficar sem bateria; eles precisariam adicionar um inversor para converter de CC para CA que adicionasse calor e peso ao produto que deveria ser portátil. Além disso, essencialmente todos os circuitos digitais ficam sem corrente contínua e seria incrivelmente caro, se não impossível, projetar um telefone ou TV a partir do zero que use apenas energia CA. Como em todas as questões de projeto, um motivador principal é o custo: é mais barato projetar meu motor para aceitar CA ou colocar um transformador para converter de CA para CC?

A principal razão é o calor. Os dispositivos / aparelhos pequenos têm mais dificuldade em dissipar o calor da conversão CA para CC. Ao colocar o conversor CA / CC fora do chassi, pequenos dispositivos / eletrodomésticos afastam a fonte de calor dos outros componentes e reduzem o custo por não precisar lidar com ele dentro do chassi.