Transformatorių supratimas: kodėl jie iš tikrųjų yra puikūs (ir kodėl jūsų nešiojamajame kompiuteryje yra tokia stora plyta)
Ar kada nors pastebėjote, kad jūsų nešiojamojo kompiuterio įkroviklis turi tą sunkų „plytų“ daiktą, bet jūsų telefono įkroviklis yra tik mažas plokščias kištukas? Pasirodo, už jo slypi itin senas, bet puikus išradimas: transformatorius. Sąžiningai, tai vienas iš tylių herojų, dėl kurio visas mūsų šiuolaikinis elektros pasaulis iš tikrųjų veikia.
Didelė elektros problema yra jos tiekimas iš už šimtų mylių esančios elektrinės į sieninį elektros lizdą neprarandant didžiosios dalies. Maitinimo linijos yra kaip išties ilgos, siauros žarnos-per jas stumia per daug srovės ir jos įkaista kaip pašėlusios, išeikvodamos tonas energijos kaip šiluma. Štai kur transformatorius gelbsti dieną.
Tai iš esmės leidžia inžinieriams žaisti su elektros „slėgiu“ (tai yra įtampa), kad jie galėtų efektyviai siųsti energiją dideliais atstumais, tada saugiai ją grąžinti, kol ji nepateks į jūsų namus. Be šio triuko mūsų elektros tinklas būtų per daug švaistomas (ir, tiesą sakant, beveik neįmanoma).
Kodėl negalime tiesiog prijungti prie elektrinės
Įsivaizduokite, kaip vieną itin ilgą, ploną sodo žarną bandote nustumti vandenį iš tolimo ežero į savo miestą. Kol jis jus pasieks, dėl visos trinties vos nulašėsite. Elektra turi tą pačią problemą dideliais atstumais.
Kiekvienas laidas turi pasipriešinimą{0}}ji tarsi „sugriebia“ tekančius elektronus. Kuo daugiau srovės praleidžiate (didesnis amperas), tuo daugiau šilumos iššvaistote. Jei bandytume siųsti miesto- lygio maitinimą tiesiai iš gamyklos esant normaliai įtampai, dauguma jos tiesiog sušildytų laidus, o ne pasiektų namus. Ankstyvieji elektrotechnikos žmonės sunkiai įveikė šią sieną ir tai privertė juos imtis kūrybiškumo.
„Smart Fix“: aukštas slėgis, mažas srautas
Elektra turi du pagrindinius dalykus: srovę („srauto“ arba judančio kiekio) ir įtampą („slėgį“, stumiantį ją). Pati galia iš esmės yra srovė × įtampa-, todėl galite tiekti tą patį energijos kiekį dviem labai skirtingais būdais.
Daug srovės + žemos įtampos=riebalai, lėta upė (daug atliekų per atstumą)
Žema srovė + aukšta įtampa=plona, aukšto-slėgio srovė (daug mažiau atliekų)
Energijos įmonės išsiaiškino: padidinkite įtampą ilgoms kelionėms. Tai reiškia daug mažesnę srovę, taigi mažiau šilumos nuostolių linijose. Nuostabu, tiesa? Bet tada kaime šaukia itin-aukštos-įtampos elektra,-tikrai ne tai, ko norėtumėte prijungti prie skrudintuvo. Taigi mums reikia būdo, kaip jį sugrąžinti.
Įveskite „Transformatorius: tinklo įtampos vedlys“.
Transformatorius iš esmės yra įtampos keitiklis. Jokių judančių dalių, jokios įmantrios elektronikos pagrindinėse,{1}}tik dvi vielos ritės, apvyniotos aplink bendrą geležinę šerdį. Ritės net nesiliečia viena su kita. Taigi, kaip galia pereina iš vieno į kitą?
Visa tai dėka elektromagnetinės indukcijos + kintamos srovės (AC). Kintamosios srovės kryptis nuolat keičiasi itin greitai, o tai sukuria pulsuojantį magnetinį lauką aplink pirmąją ritę („pirminę“). Tas kintantis magnetinis laukas keliauja per geležies šerdį ir „supurto“ antrojoje ritėje („antrinėje“) esančius elektronus, sukeldamas ten visiškai naują srovę. Elektra kirto oro tarpą be jokių juos jungiančių laidų,{4}}kai pagalvoji, gana laukinė.
Magiškas santykis? Kiek kartų kiekviena ritė suvyniota. Daugiau apsisukimų antrinėje pusėje=aukštesnė įtampa (žingsnis-aukštyn). Mažiau apsisukimų=mažesnė įtampa (žingsnis-žemyn). Tai tiesiogine prasme. Sureguliuokite posūkius, valdykite slėgį.
Žingsnis-Aukštyn prieš{1}}žemyn: dvi asmenybės
Padidinkite{0}}transformatoriusgyvena šalia elektrinių. Jie paima generuojamą įtampą ir padidina ją iki beprotiškai aukšto lygio (kartais šimtų tūkstančių voltų), todėl gali beveik be nuostolių perjungti perdavimo linijas.
Žemyn{0}}transformatoriaidaryti priešingai. Jie pradeda veikti, kai priartėja maitinimas-didelės pastotės sumažina iki vidutinio lygio, kad būtų galima paskirstyti mieste, o mažesnės jūsų gatvėje sumažina iki įprastos 120 V arba 220–240 V namuose.
Visa kelionė: elektrinė → jūsų kištukas
Tai tarsi estafetės lenktynės su įtampos padalijimu{0}}:
Jėgainė gamina elektrą → milžiniški pakopų{0}}transformatoriai alkūninio įtampa danguje-aukšta.
Aukštos-įtampos linijos (tie didžiuliai metaliniai bokštai visur) neša jį šimtus mylių.
Pasiekia jūsų rajoną → pastotė su dideliais{0}}žemyniniais transformatoriais sumažina ją vietiniam paskirstymui.
Paskutinis veiksmas ant jūsų bloko → ant stulpo{0}}pritvirtinta skardinė arba žalias padas-įrengtas dėžė nuleidžia jį į saugaus namų ūkio lygį.
Jūs tikrai ėjote pro pastotes (didelius aptvertus kiemus, ženklus „Pavojus: aukšta įtampa“), nesuvokdami, kad jos iš esmės yra milžiniškos įtampos{0}}žemyninės šakos.
Pastebėkite juos savo kaimynystėje
Pažvelkite į komunalinių paslaugų stulpus-ar matote tas pilkas cilindrines skardines viršuje? Tai paskirstymo transformatoriai, aptarnaujantys po kelis namus. Vietose, kuriose yra užkastos linijos, tai yra didelės žalios metalinės dėžės, sėdinčios kažkieno kieme ant betoninio padėklo. Tas pats darbas, kitokia išvaizda.
Paprastai jie niūniuoja tyliai{0}}tai normalu. Tačiau jei žmogus pradeda garsiai, piktai zvimbti, jis gali būti ant paskutinių kojų.
Kodėl nešiojamasis kompiuteris ir mažas telefono įkroviklis?
Ta stambi nešiojamojo kompiuterio „plyta“ yra tik mini transformatorius{0}}žemyn (ir šiek tiek modernios elektronikos). Ji naudoja sienos įtampą ir sumažina ją iki to, ko nori jūsų nešiojamasis kompiuteris. Telefonų įkrovikliai dabar atlieka tą patį, tačiau jie yra beprotiškai maži ir veiksmingi dėl geresnės technologijos-nebereikia didelės sunkios geležinės šerdies.
Taigi, kai kitą kartą ką nors įjungsite, transformatoriui suteikite šiek tiek protiškai-penkių. Tai negiedotas tarpininkas, kuris daugiau nei šimtmetį tyliai daro mūsų elektrifikuotą gyvenimą įmanomu. Gana gražu, kai sustoji ir pagalvoji.
