Transformers and Power: Efficiency που αποκαλύφθηκαν

Έχετε παρατηρήσει ποτέ πώς ο φορτιστής του φορητού υπολογιστή σας έχει αυτό το βαρύ "τούβλο", αλλά ο φορτιστής του τηλεφώνου σας είναι απλώς ένα μικρό επίπεδο βύσμα; Αποδεικνύεται ότι υπάρχει αυτή η πολύ παλιά αλλά λαμπρή εφεύρεση πίσω από αυτό: ο μετασχηματιστής. Είναι ειλικρινά ένας από τους ήσυχους ήρωες που κάνει ολόκληρο τον σύγχρονο ηλεκτρικό κόσμο μας να λειτουργεί πραγματικά.

Το μεγάλο πρόβλημα με το ηλεκτρικό ρεύμα είναι να το μεταφέρεις από μια μονάδα παραγωγής ενέργειας εκατοντάδες μίλια μακριά στην πρίζα σου χωρίς να χάσεις το μεγαλύτερο μέρος του στην πορεία. Τα καλώδια ηλεκτρικού ρεύματος είναι σαν πολύ μακριές, λεπτές μάνικες-που τους διοχετεύουν πολύ ρεύμα και θερμαίνονται σαν τρελοί, σπαταλώντας τόνους ενέργειας ως θερμότητα. Εκεί σώζει την κατάσταση ο μετασχηματιστής.

Βασικά επιτρέπει στους μηχανικούς να παίζουν με την "πίεση" της ηλεκτρικής ενέργειας (αυτή είναι η τάση), ώστε να μπορούν να στέλνουν ισχύ σε μεγάλες αποστάσεις αποτελεσματικά, και στη συνέχεια να την καλούν πίσω με ασφάλεια πριν χτυπήσει το σπίτι σας. Χωρίς αυτό το τέχνασμα, το ηλεκτρικό μας δίκτυο θα ήταν πολύ σπάταλο (και ειλικρινά, κάπως αδύνατο σε κλίμακα).

Φανταστείτε ότι προσπαθείτε να σπρώξετε νερό από μια μακρινή λίμνη στην πόλη σας χρησιμοποιώντας έναν εξαιρετικά-μακρύ, λεπτό σωλήνα κήπου. Μέχρι να φτάσει σε σένα, μετά βίας θα στάξεις λόγω όλης της τριβής. Το ηλεκτρικό ρεύμα έχει ακριβώς το ίδιο πρόβλημα σε μεγάλες αποστάσεις.

Κάθε σύρμα έχει αντίσταση-κάπως «αρπάζει» τα ρέοντα ηλεκτρόνια. Όσο περισσότερο ρεύμα περνάτε (μεγαλύτερα αμπέρ), τόσο περισσότερη θερμότητα σπαταλάτε. Εάν προσπαθούσαμε να στείλουμε ρεύμα-σε επίπεδο πόλης κατευθείαν από το εργοστάσιο σε κανονική τάση, το μεγαλύτερο μέρος θα ζεσταίνονταν απλώς τα καλώδια αντί να φτάσει στα σπίτια. Οι πρώτοι ηλεκτρολόγοι έπεσαν δυνατά σε αυτόν τον τοίχο και τους ανάγκασε να γίνουν δημιουργικοί.

Ο ηλεκτρισμός έχει δύο βασικά πράγματα που συμβαίνουν: το ρεύμα (η «ροή» ή η ποσότητα που κινείται) και η τάση (η «πίεση» που την ωθεί). Η ίδια η ισχύς είναι βασικά ρεύμα × τάση-έτσι μπορείτε να παραδώσετε την ίδια ποσότητα ισχύος με δύο πολύ διαφορετικούς τρόπους.

Πολύ ρεύμα + χαμηλή τάση=λίπος, αργό ποτάμι (πολλά απόβλητα σε απόσταση)

Χαμηλό ρεύμα + υψηλή τάση=κοκαλιάρικο, πίδακας υψηλής-πίεσης (πολύ λιγότερα απόβλητα)

Οι εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας κατάλαβαν: ανεβάζουν την τάση για το μεγάλο ταξίδι. Αυτό σημαίνει πολύ χαμηλότερο ρεύμα, άρα πολύ λιγότερη απώλεια θερμότητας στις γραμμές. Εξαιρετικό, σωστά; Αλλά τότε έχετε σούπερ-υψηλή-ηλεκτρική τάση που ουρλιάζει σε όλη την ύπαιθρο-σίγουρα δεν θέλετε να συνδέσετε την τοστιέρα σας. Χρειαζόμαστε λοιπόν έναν τρόπο να το επαναφέρουμε.

Ένας μετασχηματιστής είναι βασικά ένας εναλλάκτης τάσης. Χωρίς κινούμενα μέρη, χωρίς φανταχτερά ηλεκτρονικά στα βασικά-μόνο δύο πηνία σύρματος τυλιγμένα γύρω από έναν κοινό πυρήνα σιδήρου. Τα πηνία δεν αγγίζουν καν το ένα το άλλο. Πώς λοιπόν η δύναμη μεταπηδά από το ένα στο άλλο;

Όλα αυτά χάρη στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή + εναλλασσόμενο ρεύμα (AC). Το AC αναστρέφει συνεχώς την κατεύθυνση εξαιρετικά γρήγορα, γεγονός που δημιουργεί ένα παλμικό μαγνητικό πεδίο γύρω από το πρώτο πηνίο (το "πρωτεύον"). Αυτό το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο ταξιδεύει μέσω του πυρήνα του σιδήρου και «ταρακουνά» τα ηλεκτρόνια στο δεύτερο πηνίο (το «δευτερεύον»), προκαλώντας ένα εντελώς νέο ρεύμα εκεί. Ο ηλεκτρισμός διέσχισε ένα διάκενο αέρα χωρίς να τα συνδέει καλώδια-πολύ άγρια ​​όταν το σκεφτείς.

Η μαγική αναλογία; Πόσες φορές τυλίγεται κάθε σπείρα. Το More ανοίγει στη δευτερεύουσα πλευρά=υψηλότερη τάση εξόδου (βήμα-επάνω). Λιγότερες στροφές=χαμηλότερη τάση (βήμα-κάτω). Αυτό είναι κυριολεκτικά. Ρυθμίστε τις στροφές, ελέγξτε την πίεση.

Ανεβάστε-μετασχηματιστέςζουν κοντά σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Παίρνουν την παραγόμενη τάση και την αυξάνουν σε τρελά υψηλά επίπεδα (εκατοντάδες χιλιάδες βολτ μερικές φορές), ώστε να μπορεί να κλείνει με φερμουάρ στις γραμμές μεταφοράς χωρίς σχεδόν καμία απώλεια.

Κατεβάστε-τους μετασχηματιστέςκάνε το αντίθετο. Αρχίζουν να λειτουργούν όσο πλησιάζει η ισχύς-οι μεγάλοι στους υποσταθμούς το ρίχνουν σε μεσαία επίπεδα για διανομή στην πόλη, και μετά οι μικρότεροι στο δρόμο σας το μειώνουν στα γνωστά 120 V ή 220–240 V που χρησιμοποιεί το σπίτι σας.

Είναι σαν μια κούρσα σκυταλοδρομίας με απενεργοποίηση του χεριού-τάσης:

Το εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παράγει ηλεκτρισμό → γιγαντιαία βαθμίδα-μετασχηματιστές με στροφάλο-υψηλή τάση.

Οι γραμμές υψηλής-τάσης (αυτοί οι τεράστιοι μεταλλικοί πύργοι παντού) το μεταφέρουν εκατοντάδες μίλια.

Φτάνει στην περιοχή σας → υποσταθμός με μετασχηματιστές μεγάλου βάθους-κάτω τον κατεβάζει για τοπική διανομή.

Το τελευταίο βήμα στο κουτί που έχει τοποθετηθεί στο μπλοκ σας → τοποθετημένο σε στύλο-κονσέρβα ή σε πράσινο μαξιλάρι-το τοποθετεί σε ασφαλές επίπεδο νοικοκυριού.

Σίγουρα έχετε περάσει από υποσταθμούς (μεγάλες περιφραγμένες αυλές, πινακίδες "Κίνδυνος: Υψηλή τάση") χωρίς να συνειδητοποιήσετε ότι είναι βασικά γιγάντιοι κόμβοι ανόδου-κάτω τάσης.

Κοιτάξτε στους στύλους κοινής ωφέλειας-βλέπετε αυτά τα γκρι κυλινδρικά δοχεία κοντά στην κορυφή; Αυτοί είναι μετασχηματιστές διανομής που εξυπηρετούν μερικά σπίτια ο καθένας. Σε μέρη με θαμμένες γραμμές, είναι τα μεγάλα πράσινα μεταλλικά κουτιά που κάθονται στην αυλή κάποιου σε ένα τσιμεντένιο μαξιλάρι. Ίδια δουλειά, διαφορετική εμφάνιση.

Συνήθως βουίζουν σιωπηλά-αυτό είναι φυσιολογικό. Αν κάποιος αρχίσει να κάνει δυνατά, θυμωμένα βουητά, όμως, μπορεί να είναι στα τελευταία του πόδια.

Αυτό το ογκώδες "τούβλο" του φορητού υπολογιστή είναι απλώς ένας μικρός-μετασχηματιστής προς τα κάτω (συν μερικά σύγχρονα ηλεκτρονικά). Παίρνει την τάση τοίχου και τη μειώνει σε αυτό που θέλει ο φορητός υπολογιστής σας. Οι φορτιστές τηλεφώνων κάνουν το ίδιο πράγμα τώρα, αλλά είναι τρελά μικροσκοπικοί και αποδοτικοί χάρη στην καλύτερη τεχνολογία-δεν χρειάζεται πλέον μεγάλος βαρύς πυρήνας σιδήρου.

Επομένως, την επόμενη φορά που θα συνδέσετε κάτι, δώστε λίγο πνευματικό-5 στον μετασχηματιστή. Είναι ο αφανής μεσάζων που κάνει αθόρυβα δυνατές τις ηλεκτρισμένες ζωές μας για πάνω από έναν αιώνα. Πολύ προσεγμένο όταν σταματάς και το σκέφτεσαι.

Επικοινωνήστε τώρα