家庭电源选择交流电还是直流电

交流电源系统（几乎在所有住宅和大多数商业建筑中都可以找到）与尚未充分定义的替代直流配电系统相比，有哪些相对优势？该系统将如何定义以及由谁来定义是在家庭直流配电甚至可以考虑超越爱好类型的实施之前必须回答的问题。我知道的唯一商业内置直流电源系统是在旅行拖车和一些房车中，它们被认为是受不同法规和要求管理的移动结构。直流配电系统的永久性结构主要是那些“离网”人员，而不是选择采用为行业利益而开发的某些标准的个人类型。

那么，在使用直流电源为我们目前依赖 120-VAC 电源的众多电子设备供电时，存在哪些技术问题？首先想到的是 LED 照明和娱乐系统，其次是计算机系统，然后是电器，然后是气候控制系统。安全系统将与照明、通信系统与计算机混为一谈。

由于灯的负电阻特性和二极管的恒压特性，LED 和荧光灯照明系统都至少需要限流控制。多年来，虽然简单的无功阻抗镇流器足以满足在 AC 上运行的荧光灯的需求，但任何类型的 DC 运行都需要一个相当复杂和昂贵的限流系统。LED 串串似乎大多是选择，这主要是因为它们是确保所有设备中电流相等的最简单方法。但是，它也需要不同的电压，这主要取决于灯串中 LED 的数量。电流的有效控制需要开关模式控制器，而添加交流整流器的额外组件和设计工作只是任务的一小部分。同样，对于现代开关型荧光灯镇流器，由整流交流线路提供的更高直流电压使组件更小，电流更低，从而降低了成本。因此，在这些情况下，直流电源电压需要比人们在不知道它们如何工作的情况下猜测的要高。直接和明显的缺点是需要跟踪电源极性。在交流系统中控制光的强度稍微简单一些，尽管直流逆变器镇流器的进步可能会改变这一点。直流电源电压需要高于人们在不知道它们是如何工作的情况下猜测的。直接和明显的缺点是需要跟踪电源极性。在交流系统中控制光的强度稍微简单一些，尽管直流逆变器镇流器的进步可能会改变这一点。直流电源电压需要高于人们在不知道它们是如何工作的情况下猜测的。直接和明显的缺点是需要跟踪电源极性。在交流系统中控制光的强度稍微简单一些，尽管直流逆变器镇流器的进步可能会改变这一点。

娱乐系统、计算机、通信系统和安全系统大多具有开关模式电源，以提供其电路所需的多种电压，通常被调节到特定电压。如果输入电源是直流而不是交流，则该要求不会改变。另一个考虑因素是，考虑到供电电路的要求没有改变，低得多的输入电源电压将要求电源电路中的电流更高，从而增加电应力和电阻损耗。降低外部电气噪声影响所需的电源滤波不太可能不太复杂，但电流额定值可能会增加，因为较低的电压需要更多的电流来提供相同数量的功率。

冰箱、洗衣机和干衣机等大型电器使用电机，直到最近，这些电机都是由直接从电源供电的交流电运行的感应电机。一些需要不同速度的应用使用多速感应电机，这是一种简单但效率低于良好变速驱动系统的方法。但是带有感应电机驱动的交流供电洗衣机和烘干机都包括额外的减速硬件，以提供所涉及的过程所需的低得多的速度。具有密封单元压缩机的冰箱利用开/关控制来保持特定的温度设定点。洗碗机将从中受益，因为直流供电版本的无刷直流电机可以更方便地控制不同洗涤周期的速度。但与交流供电系统相比，优势微乎其微。

随着无刷直流电机直接驱动器在所有应用中占据主导地位，一个重大变化正在发生。特别是洗衣机发生了根本性的变化，至少是带有水平轴滚筒的高端洗衣机，其中滚筒每分钟反转几次。由于频繁启动，感应电机的恒定反转会很困难，但无刷电机在这种操作模式下没有问题。无刷直流电机的驱动电路使用直流电源，目前只是经过整流的交流电源，不需要太多的调节或滤波。因此，这些设备可以在直流电源上正常工作，但电源电压需要相当高，可能接近当前交流电源电压的峰值。在电动干衣机的特殊情况下，对于使用电阻加热来提供热空气进行干燥的那些，直流加热会比交流加热更有效，但是在交流供电系统上设置温度的相位控制需要用 PWM 控制器代替直流供电系统。这可能会提高成本并可能产生更多的电噪声。

气候控制系统，包括空调和热泵，由两个或三个模块组成：一个用于加热空气，一个用于冷却空气，一个用于移动空气的公共模块。其他类型的系统可以利用水作为在位置之间移动热量的中间介质。过去，所有模块都使用感应电机，这要求交流电的质量合理。在许多当前系统中，感应电机被无刷直流电机取代，从而通过速度控制提高效率。但这些系统中的所有电机都需要大量电力，因此它们需要为 BLDC 控制驱动器模块提供相当高的直流电源电压。

我们能得出什么结论？很明显，许多设备确实在内部运行在 DC 上，即使是那些使用大量电力的设备。但同样清楚的是，使用的不同直流电压几乎与使用它的设备一样多。这意味着任何全屋直流系统都需要将这些不同的电压提供到适当的位置，因为多个直流电压的邻近分布既复杂又低效，主要是因为电压下降。一个单一电压的家庭直流电源仍然需要有一种方法来为每个设备提供正确的电压，除了它将使用开关模式调节器而不是变压器。虽然一些开关模式电源设计精良并且可以使用很长时间，许多人使用最便宜的组件，这些组件通常会持续到保修期满。这些组件的成本可能比质量稍好一点的变压器要低很多。它们可能会或可能不会那么有效，而且它们无疑会产生更多的电噪声。所以我们可以说，在很多情况下，价格可能会低一些，但拥有成本会相似，甚至更高。

虽然对于那些长距离、大功率的输电线路来说，直流电确实很有意义，但交流电在我们家中更合理。对于本地配电，考虑到需要用降压转换器替换的变压器数量，提高直流效率没有意义。如果我们想要一个更高效的本地配电系统，我们需要更好的变压器。虽然 DC 无处不在的想法听起来不错，但它对我们的生活方式没有意义。对于那些不同意的人，请考虑在过去 20 年中有多少变压器发生故障，而开关电源发生故障的数量。就我而言，那是两个变压器和大约 23 个开关电源。

审核编辑：汤梓红