Transzformátorok és teljesítmény: a hatékonyság növelése

Íme a dolog: az elektromosság valójában energiát veszít, amikor a vezetékeken halad. A fémkábelek az úgynevezett ellenállással, - súrlódáshoz hasonlóval küzdenek. Képzeld el, hogy a zoknidban átcsúszol a szőnyegen; hogy az ellenállás hasznos energiát pazarló hővé változtat. Ha megpróbálná a normál háztartási elektromos áramot nagy távolságokra tolni, annak nagy részét hőként elveszítené, és a vezetékek veszélyesen felforrósodnának.

Szóval, hogyan oldják meg ezt a közművek? Megnövelik a „nyomást” -, amit feszültségnek nevezünk. Gondoljon úgy, mint a víz a csőben: a nagyobb nyomás lehetővé teszi, hogy kevesebb erőfeszítéssel sokkal távolabbra tolja ugyanazt a vizet. Ez az oka annak, hogy az elektromos vezetékek nevetségesen magas feszültséggel szállítják az áramot hosszú távon. Ezután közvetlenül azelőtt, hogy elérné az otthonát, a transzformátorok a nyomást a biztonságos szintre csökkentik, hogy a kenyérpirító ne robbanjon fel.

Egy távoli erőműből áramot küldeni a környékre nem egyszerű. Ahogy halad, az ellenállás az energia nagy részét hővé alakítja. Ha normál háztartási feszültségen (körülbelül 120 volton) küldenénk, az áram több mint 90%-a hőként veszne el, mielőtt még a város közelébe kerülne.

Az okos megoldás? Növelje a feszültséget - néha 115 000 voltra vagy többre -, miközben csökkenti az áramerősséget. Mivel a teljesítmény alapvetően a feszültség szorzata az áramerősséggel, ugyanazt az energiát sokkal kisebb "áramlással" szállíthatja. A kisebb áram kisebb súrlódást jelent a vezetékekkel szemben, így kevesebb hőveszteség megy. Az adótornyokon elhelyezett nagy „nagyfeszültségű” figyelmeztető táblák nem csak a biztonságot szolgálják, - valójában egy intelligens módja az energiamegtakarításnak.

Természetesen nem lehet csak úgy 115 000 voltot befújni a házba. Itt jönnek be a transzformátorok. Úgy működnek, mint a kerékpárok elektromos fogaskerekei, és váltanak a nagy feszültség/alacsony áramerősség között utazáshoz és az alacsony feszültség/magasabb áramerősség között a tényleges használathoz -, és ezt mozgó alkatrészek nélkül teszik.

Kép biciklizni felfelé. A nagyobb tolóerő érdekében sebességet vált. A transzformátorok hasonló ötlet alapján dolgoznak, de a sebesség és a nyomaték helyett az elektromos áramlást (amper) nyomásra (volt) cserélik.

Mindez a benne lévő két tekercsben lévő huzalhurkok számától függ. Több hurok a kimeneti oldalon magasabb feszültséget jelent (lépés{1}}fel). A kevesebb hurok alacsonyabb feszültséget jelent (lépés-le). Ez az egyszerű „áttételi arány” lehetővé teszi, hogy hatékonyan változtassák a feszültséget mechanikus alkatrészek nélkül.

Az utazás nagyjából így működik:

Az erőműben: A lépcsős{0}}transzformátorok megnövelik a feszültséget a hosszú{1}}távú utazáshoz.

Nagy alállomásokon: A nagy transzformátorok közepes szintre csökkentik a helyi területen.

A szomszédos oszlopokon vagy zöld dobozokban: A kisebb transzformátorok utoljára engedik le a biztonságos 120 vagy 240 voltos feszültségre, amire otthona szüksége van.

Meglepő módon ez az egész folyamat nagyon kevés energiát pazarol. Az elosztó transzformátorok nagy hatékonyságúak.

Tehát hogyan ugrik a teljesítmény az egyik tekercsről a másikra, amikor a vezetékek valójában soha nem érintkeznek? Mindez Faraday indukciós törvényének köszönhető.

Amikor az elektromosság átfolyik az első tekercsen, erős mágneses mezőt hoz létre. Ez a láthatatlan mágneses tér átnyúlik a résen, és új áramot indukál a második tekercsben. Annak érdekében, hogy szinte semmi energia ne vesszen el, mindkét tekercset egy nehéz vasmag köré tekerjük, amely a mágnesesség számára autópályaként működik, és egyenesen az egyik oldalról a másikra vezeti.

Ez a fizikai elválás egyben hatalmas biztonsági bónusz is. Ha villámcsapás éri az elektromos vezetékeket, a rés segít megállítani azt a hatalmas hullámot, amely mindent elpirít a házban.

Észrevetted már azt a nehéz kis blokkot a laptopod vezetékén? Ez egy mini transzformátor. A 120 V-os háztartási elektromosság még mindig túl sok az érzékeny elektronikához, ezért ezek a „teljesítménykockák” tovább csökkentik:

Fali aljzat: 120 volt

Laptop: 19 V körül

Okostelefon: általában 5 volt

Ellentétben az oszlopokon lévő nagyokkal (amelyeket gyakran olajjal{0}}töltenek a hűtés céljából), ezek a kis töltők száraz-típusúak -, csak levegőt és bordákat használnak a hűtés érdekében. Ezért melegednek fel, ha egy ideig töltöd. Ha figyelmesen figyel, akár halk zümmögést is hallhat. Ez a belső fémrészek rezgése a változó mágneses mezőktől.

Az oszlopokon lévő óriási transzformátoroknak sokkal több hővel kell megküzdeniük. Speciális olajjal vannak feltöltve, és fém bordákkal rendelkeznek, mint az autó hűtője, hogy segítsenek eloszlatni a meleget. A mérnökök gondosan kiszámítják, mekkora terhelést tudnak elviselni, hogy ne melegedjenek túl, különösen a forró nyári napokon, amikor mindenki a váltóáramát használja.

Mindezen okos tervezésnek köszönhetően a modern transzformátorok akár 98%-os vagy magasabb hatásfokot is elérhetnek. Ez azt jelenti, hogy szinte az összes bejutó áram eléri a konnektorokat.

Végső soron a transzformátorok az okai annak, hogy hatékonyan mozgathatjuk az áramot nagy távolságokra anélkül, hogy hatalmas mennyiségű energiát pazarolnánk. Amikor Nikola Tesla a híres "Az áramlatok háborújában" visszaszorította a váltóáramot, ez a technológia nagy szerepet játszott abban, hogy miért nyert.

Ma ezek a csendes eszközök még fontosabbak. Az energiaveszteség csökkentésével hozzájárulnak szénlábnyomunk csökkentéséhez, és praktikusabbá teszik a megújuló energiaforrásokat.

Ha legközelebb sétálni indul, próbáljon ki egy kis "transzformátor-szpotálást". Keresse a szürke hengereket faoszlopokon, a zöld dobozokat a földön vagy a nagy, bekerített alállomásokat. Mindannyian csendben ugyanazt a munkát végzik, - kiegyensúlyozzák a feszültséget és az áramerősséget, így Ön kétszeri gondolkodás nélkül töltheti telefonját.

Eléggé elgondolkodtató,{0}}ha belegondolunk: egy ragyogó 19.-századi találmány még mindig a 21.-századi elektromos hálózatunk dobogó szíve.

Lépjen kapcsolatba most