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May 10, 2023

Quelle tension pour le tout

La guerre des courants a été remportée de manière assez décisive par AC. Après tout, que ce soit

La guerre des courants a été remportée de manière assez décisive par AC. Après tout, que vous ayez du 110 V ou du 230 V sortant de vos prises murales, du 50 Hz ou du 60 Hz, tout le monde s'accorde à dire que la fréquence d'oscillation doit être strictement supérieure à zéro. Techniquement, AC a gagné en raison de trois faits étroitement liés. Il était plus économique d'avoir quelques grosses centrales plutôt que des centaines de milliers de petites. Cela signifiait que la puissance devait être transmise sur des distances relativement longues, ce qui exige des tensions plus élevées. Et à l'époque, le transformateur AC était le seul moyen viable d'augmenter et de diminuer les tensions.

Mais c'était alors. Nous sommes actuellement à l'aube d'une révolution de la production d'électricité, du moins si vous en croyez les aficionados de l'énergie solaire. Et cela signifie deux choses : une alimentation locale initialement générée en tant que courant continu. Et cela annule complètement deux des trois facteurs en faveur d'AC. (Et les convertisseurs CC-CC efficaces tuent le transformateur.) Non, nous ne pensons pas qu'il y aura un changement du jour au lendemain, mais nous ne serions pas surpris s'il devenait de plus en plus courant d'avoir deux systèmes électriques domestiques - un CA haute tension à distance fourni par les services publics et un CC basse tension généré localement.

Pourquoi? Parce que la plupart des appareils utilisent aujourd'hui du courant continu basse tension, à l'exception notable de certains gros appareils. Les batteries stockent le courant continu. Si de plus en plus de maisons ont une capacité de génération de courant continu local, il n'est plus logique de convertir le courant continu local en courant alternatif juste pour brancher une verrue murale et le reconvertir en courant continu. [Jenny List] de Hackaday a évité une grande partie de cette configuration et est allé droit au but dans son article "Où est ma prise murale CC basse tension ?" et proposé quelques solutions pour les interconnexions physiques. Mais nous aimerions revenir en arrière pendant une minute. Lorsque la révolution du courant continu basse tension arrivera, quelle sera sa tension ?

Le problème avec le câblage à basse tension est une physique simple. Pour une demande de puissance donnée, P = I * V, donc une tension plus basse signifie pousser plus de courant. Mais en remplaçant dans la loi d'Ohm, plus de courant signifie également des pertes résistives considérablement plus élevées P = I ^ 2 * R dans les fils. Réduire la résistance du fil en utilisant plus de cuivre est une alternative, mais vous en aurez plus pour votre argent en vous concentrant sur le terme actuel au carré.

C'est la raison pour laquelle, par exemple, les schémas d'alimentation par Ethernet (PoE) utilisent environ 48 V pour transmettre quelque chose comme 30 W de puissance - ces câbles Ethernet fins ne peuvent transporter qu'une quantité de courant sans en gaspiller la majeure partie sous forme de chaleur. Même autour de 50 V, les schémas PoE comptent sur une perte de trois à cinq watts dans le câblage. Ainsi, quel que soit le câblage utilisé pour les segments CC basse tension du système électrique de votre maison, il sera plus épais que Cat-5.

Mais le cuivre coûte de l'argent, il y aura donc toujours une pression à la hausse sur la tension exercée par les effets de chauffage résistif.

L'électricité commence à devenir dangereuse pour les humains autour de 30-50 V. C'est là que les niveaux de courant qui traversent la résistance du corps humain commencent à devenir gênants. Mais alors que tout le monde dit "la sécurité d'abord !" il convient également de noter que vous avez actuellement 110 ou 230 V AC dans vos murs. C'est clairement "la machine à laver d'abord" dans le monde réel. C'est-à-dire que même si le sous-30 V DC serait plus sûr, nous soupçonnons que la sécurité sera conçue dans les connecteurs ou dans les disjoncteurs.

Ce qui nous amène à la dernière préoccupation. Avez-vous déjà soudé à l'arc ? Combien de tension continue faut-il pour amorcer un arc ? Quelque chose dans le voisinage de 24 V est une valeur assez courante pour une unité professionnelle, mais les gens ont pu souder avec des batteries d'outils 20 V ou même des batteries de voiture 12 V. Certaines conceptions de soudeuses par points que nous avons vues n'utilisent que deux ou trois volts, mais elles développent le courant requis en pressant très fort les pièces ensemble pour créer le chemin à faible résistance.

Avez-vous déjà regardé un relais et remarqué qu'il a des valeurs nominales pour une utilisation en courant continu et en courant alternatif ? Par exemple, ces relais sont conçus pour 10 A à 250 V AC, mais seulement 10 A à 30 V DC. D'où vient ce facteur dix ? Les contacts de relais peuvent produire des étincelles lorsque les deux contacts se rapprochent, et ils ont tendance à se souder à des tensions continues plus élevées d'une manière qui n'est tout simplement pas le cas pour le courant alternatif, car les arcs alternatifs s'éteignent 100 ou 120 fois par seconde.

Faire des interrupteurs mécaniques qui fonctionnent pour votre système électrique domestique à courant continu va donc être un problème, et cela va exercer une pression à la baisse sur la tension. La voiture moyenne contient beaucoup de relais, et ils semblent fonctionner la plupart du temps, alors peut-être que 12 V est un bon choix ici. Ne me croyez pas sur parole, cependant. Voici le point de vue d'un ingénieur automobile sur le courant continu à la maison. C'est un peu daté, mais il se plaint des problèmes de conception supplémentaires liés au travail sur un véhicule diesel 24 V. Nous prenons cela comme un vote pour des tensions plus basses.

Le facteur X ici est le progrès dans la fabrication de MOSFET ou d'IGBT. Les disjoncteurs CC à semi-conducteurs ne sont pas encore aussi bon marché que les disjoncteurs mécaniques (CA), mais à des tensions comme celles que nous envisageons à l'intérieur de la maison, ils y arrivent. Le prix plus élevé peut aussi simplement refléter une demande actuelle plus faible. Peut-être que la pression de tension à la baisse va s'évaporer dans un proche avenir ?

Maintenant que nous sommes arrivés à la fin de l'article, voyons si nous pouvons donner un sens à tout cela. Si l'énergie solaire va jouer un rôle dans nos futures demandes d'énergie, il est inefficace d'aller-retour du courant continu au courant alternatif et vice-versa. Il sera plus efficace de rester en courant continu du panneau à la batterie jusqu'au périphérique final, en ne modifiant peut-être les tensions qu'une ou deux fois avec des convertisseurs CC-CC très efficaces en cours de route.

S'il devait y avoir une norme CC complémentaire, les pertes de chauffage font monter le niveau de tension, les contraintes de commutation font baisser la tension et la sécurité est, selon nous, un lavage. Les panneaux solaires sont essentiellement configurables sans frais pour la haute tension ou le courant élevé, et nous pensons qu'il est révélateur que les nouvelles installations ont tendance à fonctionner dans la plage 24-50 V. Cela en dit long sur l'importance des pertes de chaleur. Les batteries sont tout aussi flexibles, il n'y a donc pas beaucoup de problème pour les faire correspondre à la source.

Nous serions ravis d'avoir des prises CC et des appareils qui s'y branchent, tous alimentés par un panneau de taille moyenne sur notre toit et stockés dans des batteries de taille moyenne dans notre sous-sol. Que cela aille du panneau à la batterie à la prise à 48 V ou 12 V dépendra des prix relatifs du cuivre et des FET lourds, mais nous parions que les FET deviennent moins chers et le cuivre plus cher. Nous aimerions personnellement voir cette tension relativement élevée abaissée à la prise pour des raisons de sécurité, disons à 12 V, mais nous ne chicanons pas. Cela ferait le complément parfait à notre infrastructure AC existante.

Que dites-vous? Quels sont les facteurs qui nous manquent ? L'un d'entre vous a-t-il déjà un côté DC dans sa maison ? Quelle(s) tension(s) pour le courant continu ?