Jõutrafode mõistmine: elektromagnetiline induktsioon ja pinge

Kuidas jõutrafod töötavad: elektromagnetilise induktsiooni ja pinge muundamise täielik juhend

Olete ilmselt miljon korda mööda kõndinud, ilma et oleksite märganud seda, - et hall metall võib kommunaalposti otsas istuda või tumeroheline kast kellegi tagaaias sumisemas. Neid on imelihtne ignoreerida, aga kui neid seal poleks, võib teie rösteri ühendamine muutuda ilutulestikuks, mida te tegelikult ei taha. Need asjad on jõutrafod ja need toimivad põhimõtteliselt nagu tõlgid jaamast tuleva hullult suure võimsusega-elektri ja teie külmkapis ja telefonis tegelikult vajalike turvaliste asjade vahel.

Elektrijaamad asuvad tavaliselt meie elukohast sadade miilide kaugusel, nii et inseneridel on suur peavalu, mida nad kutsuvad "soojusprobleemiks". Juhtmetel on takistus - mõelge sellele nagu hõõrdumisele liuguril. Kui prooviksite niimoodi saata tavalist majapidamispinget (nt 120 V), muutuks suurem osa energiast lihtsalt kasutuks soojuseks, enne kui see teie majja jõuaks. Poof - läinud.

Nii et võrk muutub nutikaks ja kohtleb elektrit nagu vett torus. Pinge on rõhk, vool on see, kui palju tegelikult voolab. Et jõuda tõesti kaugele ilma seda kõike kaotamata, tõstavad nad pinget - mõnikord sadade tuhandete voltide võrra. See on nagu tuletõrjevooliku kasutamine aiavooliku asemel: kõrge rõhk teeb töö ära pikkade vahemaade tagant. Kuid sama hull surve praadiks teie sülearvuti või tuled koheselt läbi. Siin tuleb trafo - see võtab suurtest liinidest ohtliku "tuletõrjevooliku" ja muudab selle õrnaks "aiavooliku" vooluks, millega teie kodu hakkama saab. Ja kõige lahedam osa? Seda kõike ilma liikuvate osadeta.

Kujutage ette, et kastate oma aeda kümne{0}}miili-pikkuse voolikuga. Selleks ajaks, kui vesi jõuab lõpuni, oleks hõõrdumine röövinud peaaegu kogu rõhu ja te ei saanud põhimõtteliselt midagi. Elektriga on sama probleem. Juhtmed võitlevad elektronidega (see on takistus) ja kui saadate tavalist pinget pikkade vahemaade taha, põleb suurem osa sellest lihtsalt soojusena ära.

Parandus on korralik väike vahetus-. Insenerid mõistsid, et vool (tegelik elektronide vool) tekitab suurema osa soojusest. Seega tõstavad nad pinge ülikõrgeks, mis võimaldab neil voolu langetada, pakkudes samal ajal sama koguvõimsust. See on nagu kiik - kõrgem pinge, väiksem vool, vähem soojust, odavam elekter meile kõigile.

Sellepärast kannavad need tohutud terastornid kuni 500 000 volti. Põhimõtteliselt on need kõrgrõhuga-väiksema-liiklusega elektriteed. Muidugi ei taha te, et teie seinakontaktist selline pinge välja tuleks, nii et trafod tõmbavad selle tagasi enne, kui see teie majja jõuab.

Siin on meeldejääv-osa: trafos ei puutu kõrge-pingejuhe ja madalpinge{2}}juhe tegelikult kunagi kokku. Neil pole vaja. Tänu Michael Faraday avastusele 1830. aastatel on elekter ja magnetism põhimõtteliselt ühe mündi kaks külge.

Juhtige voolu läbi juhtme ja see loob selle ümber keerleva magnetvälja, nagu nähtamatu tornaado. Mõelge kivi tiiki viskamisele - kivi tekitab lainetust, mis liigutab läheduses hõljuvat lehte, ilma seda puudutamata. Peaaegu nii see siin juhtub.

Trafol on kaks eraldi mähist, mis on mähitud ümber suure raudsüdamiku:

Elekter sööstab esimesse mähisesse (nimetatakse esmaseks).

See loob magnetvälja, mis kiiresti kasvab ja variseb.

Liikuv magnetväli ulatub üle ja surub elektronid teises mähises (sekundaarses), luues täiesti uue voolu.

Seda nimetatakse vastastikuseks induktsiooniks. See võimaldab energial juhtmevabalt hüpata ühest vooluringist teise. Ja muutes iga mähise ahelate arvu, saavad insenerid pinget tõsta või langetada, kuidas nad soovivad. Päris libe, eks?

Murra üks lahti (muidugi ohutult) ja see on üllatavalt lihtne - ainult kaks vasktraadi pooli ja raske virn raudlehti. Primaarmähis on koht, kus toide tuleb, sekundaarmähis kustub. Rauasüdamik on täht: see haarab magnetvälja ja suunab selle peaaegu ilma kadudeta otse teisele poolile. Ilma tuumata kaoks magnetism õhus lihtsalt ära.

Mida rohkem traati silmuseid, seda tugevam on efekt. Muutke pöörete arvu kahe pooli ja poomi - vahel, mille pinget juhite. Rohkem pöördeid teisese=sammu-üles. Vähem pöördeid=samm-allapoole.

See toimib sarnaselt ratta käikude vahetamisega. Kui primaarseadmel on vähem pöördeid kui sekundaarabil, siis pinget suurendatakse -, mis on astmeline-trafo (kasutatakse elektrijaamades). Kui primaarvoolul on palju rohkem pöördeid, langeb pinge - astmeline-trafo (mida näete postidel ja laadijas).

Pöörete suhe ütleb teile täpselt, mis juhtub. Pool pöördeid sekundaarsel? Pinge langeb pooleks. Ja tänu energia kokkuhoiule, kui pinge tõuseb, väheneb vool (ja vastupidi). See on nagu pöidlaga vooliku otsa asetamine - kõrgemale rõhule, kuid välja tuleb vähem vett.

Ühendage trafo tavalise aku (alalisvoolu) külge ja midagi kasulikku ei juhtu - saate lihtsalt kuuma juhtme ja aku tühjaks. Trafod vajavad vahelduvvoolu (AC), kuna nad toetuvad pidevalt muutuvale magnetväljale. Vahelduvvool pöörab suunda 60 korda sekundis, mis hoiab magnetvälja pumpamas ja laseb energial üle mähiste hüpata.

DC on püsiv ja ühesuunaline{0}}, nii et magnetväli jääb alles pärast esimest hetke. Ei mingit liikumist, ei mingit induktsiooni. Seetõttu töötab kogu meie võrk vahelduvvoolul -, see on ainus lihtne viis pinget üles-alla tõsta.

Rauasüdamikul on üks suur nõrkus -, see juhib ka elektrit. Pulseeriv magnetväli üritab tekitada raua sees keerlevaid "pöörisvoolusid", mis raiskavad energiat soojusena (mõnikord piisab kogu asja sulatamiseks).

Lahendus? Viilutage triikraud üliõhukesteks{0}}lehtedeks, katke igaüks isolatsiooniga ja virna. Magnetism saab ikka hästi läbi, kuid need pöörisvoolud lähevad katki. Hüstereesi kaob ka 60 korda sekundis toimuvate pisikeste magnetiliste ümberpööramiste tõttu - rohkem sisemist hõõrdumist ja kuumust.

Suured trafod istuvad spetsiaalse õliga paakides, mis jahutavad kõik maha (nagu radiaator) ja lisavad lisaisolatsiooni. Selle kombinatsiooni tõttu võivad need asjad kesta aastakümneid.

Hüdrotammil tuleb toide välja võib-olla 20 000 volti pealt. Suurem-trafo väntab selle kuni 230 000 volti või rohkem, nii et see suudab läbida pikki vahemaid ilma palju kaotamata.

Linna servas langetavad alajaama trafod selle umbes 13 000 voltini. Siis viib masti küljes olev hall purk (või roheline kast õues) selle teie maja jaoks alla 120/240 volti. Lõpuks vähendab teie telefoni laadija selle uuesti 5 või 12 volti.

See elekter muudab "riietust" neli või viis korda, enne kui see teie ekraanile jõuab. Päris metsik, kui sellele mõelda.

Need karbid peavad hoidma tagasi tuhandeid volte, seega kasutavad nad tugevat isolatsiooni ja peal olevaid sooniseid keraamilisi osi, et peatada elektri hüppamine sinna, kus see ei peaks. Kuumus on aeglane vaenlane - rasked koormused või kuumad suved võivad tõsta temperatuuri liiga kõrgele ja halvendada õli.

Kui isolatsioon lõpuks ebaõnnestub, kuulete mõnikord valju buumi (nagu väike välgulöök paagi sees) ja osa naabruskonnast läheb pimedaks. Oravad, välk või ülekoormus on tavalised kahtlusalused. Sellegipoolest pole põhidisain enam kui 100 aasta jooksul peaaegu muutunud, sest see töötab lihtsalt nii hästi.

Järgmine kord, kui näete mõnda neist sumisevatest kastidest, austage seda. See teeb vaikselt tõsiselt lahedat füüsikat -, kasutades elektri ja magnetismi vahelist "nähtamatut käepigistust", et hoida meie tänapäevane maailm ohutult ja tõhusalt toimimas.

Isegi kui praegune hull nõudlus tehisintellekti andmekeskuste ja taastuvate energiaallikate järele muudab trafode hankimise raskeks, on põhiidee endiselt sama elegantne trikk, mida oleme kasutanud juba üle sajandi. Võrk ei koosne ainult juhtmetest -, see on hunnik magnetilisi käike, mis vahetavad vaikselt energiat, et saaksite oma telefoni laadida ilma maja õhku laskmata.

Võtke kohe ühendust