Transformatori un jauda: efektivitātes paaugstināšana

Lūk, lieta: elektrība faktiski zaudē enerģiju, pārvietojoties pa vadiem. Metāla kabeļi cīnās ar pretestību -, piemēram, berzi. Iedomājieties, ka zeķēs slīdat pa paklāju; šī pretestība pārvērš lietderīgo enerģiju izšķērdētā siltumā. Ja mēģinātu pārsūtīt parasto mājsaimniecības elektrību lielos attālumos, lielākā daļa tās zaudētu siltuma veidā un vadi kļūtu bīstami karsti.

Tātad, kā komunālie pakalpojumi to atrisina? Viņi paaugstina "spiedienu" -, ko mēs saucam par spriegumu. Padomājiet par to kā par ūdeni caurulē: lielāks spiediens ļauj nospiest tādu pašu ūdens daudzumu daudz tālāk ar mazāku piepūli. Tāpēc elektropārvades līnijas ilgstoši pārvadā elektrību ar smieklīgi augstu spriegumu. Pēc tam tieši pirms tas nonāk jūsu mājās, transformatori samazina spiedienu līdz drošam līmenim, lai jūsu tosteris neeksplodētu.

Elektrības nosūtīšana no attālas elektrostacijas uz jūsu apkārtni nav vienkārša. Ceļojot, pretestība lielu daļu šīs enerģijas pārvērš siltumā. Ja mēs to nosūtītu ar parastu mājsaimniecības spriegumu (apmēram 120 volti), vairāk nekā 90% enerģijas tiktu zaudēti kā siltums, pirms tas pat nonāktu jūsu pilsētas tuvumā.

Gudrais labojums? Palieliniet spriegumu - dažreiz līdz 115 000 voltiem vai vairāk -, vienlaikus samazinot strāvu. Tā kā jauda pamatā ir sprieguma reizinājums strāvai, jūs varat piegādāt to pašu enerģiju ar daudz mazāku "plūsmu". Mazāka strāva nozīmē mazāku berzi pret vadiem, tādējādi tiek iztērēts mazāk siltuma. Šīs lielās “Augstsprieguma” brīdinājuma zīmes uz pārraides torņiem nav paredzētas tikai drošībai, - tās patiesībā ir gudrs enerģijas taupīšanas veids.

Protams, jūs nevarat vienkārši iepludināt 115 000 voltu tieši savā mājā. Šeit tiek izmantoti transformatori. Tie darbojas kā velosipēda pārnesumi elektrības padevei, pārslēdzoties starp augstu spriegumu/zemu strāvu braucienam un zemu spriegumu/augstāku strāvu faktiskai lietošanai -, un tie to dara bez kustīgām daļām.

Attēls, braucot ar velosipēdu kalnup. Jūs pārslēdzat pārnesumus, lai mainītu ātrumu, lai iegūtu lielāku stumšanas spēku. Transformatori strādā pēc līdzīgas idejas, taču ātruma un griezes momenta vietā tie maina elektrisko plūsmu (ampēri) pret spiedienu (volti).

Tas viss ir atkarīgs no vadu cilpu skaita divās iekšpusē esošajās spolēs. Vairāk cilpu izejas pusē nozīmē augstāku spriegumu (solis{1}}augšup). Mazāk cilpu nozīmē zemāku spriegumu (soli-uz leju). Šī vienkāršā "pārnesuma attiecība" ļauj efektīvi mainīt spriegumu bez mehāniskām detaļām.

Tālāk ir norādīts, kā ceļojums notiek aptuveni:

Elektrostacijā: pakāpju{0}}transformatori paaugstina spriegumu lielam-attālumam.

Lielajās apakšstacijās: lielie transformatori samazina to līdz vidējam līmenim vietējā teritorijā.

Apkaimes stabos vai zaļās kastēs: mazāki transformatori pēdējo reizi nomet to līdz drošajam 120 vai 240 voltiem, kas nepieciešami jūsu mājām.

Pārsteidzoši, ka viss šis process tērē ļoti maz enerģijas. Sadales transformatori ir veidoti tā, lai tie būtu ļoti efektīvi.

Tātad, kā jauda pāriet no vienas spoles uz otru, ja vadi faktiski nesaskaras? Tas viss ir pateicoties Faradeja indukcijas likumam.

Kad elektrība plūst caur pirmo spoli, tā rada spēcīgu magnētisko lauku. Šis neredzamais magnētiskais lauks sniedzas pāri spraugai un inducē jaunu strāvu otrajā spolē. Lai pārliecinātos, ka gandrīz nekas no enerģijas nepazūd, abas spoles ir aptītas ap smagu dzelzs serdi, kas darbojas kā magnētisma lielceļš, virzot to tieši no vienas puses uz otru.

Šī fiziskā atdalīšana ir arī milzīgs drošības bonuss. Ja zibens trāpa elektropārvades līnijās, sprauga palīdz apturēt šo milzīgo pārspriegumu, kas apcep visu jūsu mājā.

Vai esat kādreiz pamanījis šo smago mazo bloku uz sava klēpjdatora vada? Tas ir mini transformators. Mājsaimniecības elektrība ar 120 voltiem joprojām ir pārāk daudz jutīgai elektronikai, tāpēc šie "elektrības bloki" to vēl vairāk samazina:

Sienas kontaktligzda: 120 volti

Klēpjdators: aptuveni 19 volti

Viedtālrunis: parasti 5 volti

Atšķirībā no lielajiem lādētājiem, kas novietoti uz stabiem (kas bieži tiek iepildīti ar eļļu{0}}dzesēšanai), šie mazie lādētāji ir sausi-tipa -, tie izmanto tikai gaisu un spuras, lai uzturētu vēsumu. Tāpēc tie sasilst, kad kādu laiku lādējat. Ja jūs uzmanīgi klausāties, jūs pat varētu dzirdēt vāju dūkoņu. Tās ir iekšējās metāla daļas, kas vibrē no mainīgajiem magnētiskajiem laukiem.

Tiem milzu transformatoriem uz stabiem ir jātiek galā ar daudz vairāk siltuma. Tie ir piepildīti ar īpašu eļļu, un tiem ir metāla spuras, piemēram, automašīnas radiators, kas palīdz izkliedēt siltumu. Inženieri rūpīgi aprēķina, cik lielu slodzi katrs var izturēt, lai tie nepārkarstu, it īpaši karstās vasaras dienās, kad visi izmanto savu maiņstrāvu.

Pateicoties visai šai gudrajai inženierijai, modernie transformatori var sasniegt 98% vai augstāku efektivitāti. Tas nozīmē, ka gandrīz visa ienākošā jauda faktiski sasniedz jūsu kontaktligzdas.

Galu galā transformatori ir iemesls, kāpēc mēs varam efektīvi pārvietot elektrību lielos attālumos, netērējot milzīgu enerģijas daudzumu. Kad Nikola Tesla atgriezās slavenajā "Strāvu karā" pēc maiņstrāvas, šī tehnoloģija bija liela daļa, kāpēc viņš uzvarēja.

Mūsdienās šīs klusās ierīces ir vēl svarīgākas. Samazinot enerģijas zudumus, tie palīdz samazināt mūsu oglekļa pēdas nospiedumu un padara atjaunojamos enerģijas avotus praktiskākus.

Nākamreiz, kad dodaties pastaigā, izmēģiniet nelielu "transformatoru novērošanu". Meklējiet pelēkos cilindrus uz koka stabiem, zaļās kastes uz zemes vai lielas iežogotas apakšstacijas. Viņi visi klusi dara vienu un to pašu darbu - līdzsvarojot spriegumu un strāvu, lai jūs varētu uzlādēt tālruni, nedomājot divreiz.

Tas ir diezgan satriecoši-, ja par to padomā: izcils 19.-gadsimta izgudrojums joprojām ir mūsu 21.-gadsimta elektrotīkla pukstošā sirds.

Sazinieties tagad