Skilningur á kraftumbreytum: rafsegulinnleiðslu og spenna

Hvernig Power Transformers virka: Heildar leiðbeiningar um rafsegulvirkjun og spennubreytingu

Þú hefur líklega gengið framhjá einum milljón sinnum án þess að taka eftir því - að grár málmdós situr hátt uppi á veitustöng, eða dökkgræni kassinn raulandi í bakgarði einhvers. Það er mjög auðvelt að hunsa þá, en maður, ef þeir væru ekki til staðar gæti það að tengja brauðristina þína breyst í flugeldasýningu sem þú vilt ekki. Þessir hlutir eru rafspennir og þeir virka í grundvallaratriðum eins og þýðendur á milli brjálaðs-afls rafmagns sem kemur frá verksmiðjunni og öruggu dótsins sem ísskápurinn þinn og síminn þarfnast í raun og veru.

Virkjanir eru venjulega í mörg hundruð kílómetra fjarlægð frá þar sem við búum, þannig að verkfræðingar hafa þennan mikla höfuðverk sem þeir kalla "Hitavandamálið." Vírar hafa mótstöðu - hugsaðu um það eins og núning á rennibraut. Ef þú reyndir að senda venjulega heimilisspennu (eins og 120V) alla þessa leið, myndi megnið af orkunni bara breytast í ónýtan hita áður en hún kæmist heim til þín. Púff - farinn.

Þannig að netið verður sniðugt og fer með rafmagn eins og vatn í rör. Spenna er þrýstingurinn, straumur er hversu mikið er í raun og veru. Til að ýta krafti mjög langt án þess að tapa öllu, sveifla þeir spennunni upp - stundum hundruð þúsunda volta. Þetta er eins og að nota brunaslöngu í stað garðslöngu: háþrýstingur gerir verkið leyst yfir langar vegalengdir. En þessi sama klikkaða þrýstingur myndi samstundis steikja fartölvuna þína eða ljósin. Það er þar sem spennirinn kemur inn - hann tekur hættulegu „brunaslönguna“ úr stóru línunum og breytir henni í milda „garðslöngu“ flæðið sem heimilið þitt ræður við. Og flottasti hlutinn? Það gerir allt þetta með engum hreyfanlegum hlutum.

Ímyndaðu þér að vökva garðinn þinn með tíu-mílna-langri slöngu. Þegar vatnið nær endanum hefði núningurinn stolið næstum öllum þrýstingnum og þú fengir í rauninni ekkert. Rafmagn á við sama vandamál að stríða. Vírar berjast við rafeindirnar (það er viðnám) og ef þú sendir venjulega spennu yfir langar vegalengdir þá brennur megnið bara af sem hiti.

Lagfæringin er sniðug lítil viðskipti-. Verkfræðingar komust að því að straumur (raunverulegt flæði rafeinda) er það sem skapar mestan hluta varmans. Þannig að þeir auka spennuna ofurháa, sem gerir þeim kleift að lækka strauminn niður á meðan þeir skila enn sama heildarafli. Það er eins og vippa - hærri spenna, minni straumur, minni hiti, ódýrara rafmagn fyrir okkur öll.

Þess vegna bera þessir risastóru stálturnar allt að 500.000 volt. Þetta eru í grundvallaratriðum há-hraðbrautir með lítilli-umferð fyrir rafmagn. Auðvitað, þú vilt ekki að svona spenna komi út úr innstungunni þinni, svo spennir stíga það niður aftur áður en það nær húsinu þínu.

Hérna er sá hluti- sem blásar upp: Inni í spenni snerta há-vírinn og lágspennuvírinn aldrei í raun og veru. Þeir þurfa þess ekki. Þökk sé uppgötvun Michael Faraday á þriðja áratug 20. aldar eru rafmagn og segulmagn í grundvallaratriðum tvær hliðar á sama peningnum.

Hlaupa straum í gegnum vír og hann myndar þyrlast segulsvið í kringum hann, eins og ósýnilegur hvirfilbyl. Hugsaðu þér að kasta steini í tjörn - kletturinn myndar gárur sem hreyfa lauf sem svífur nálægt án þess að snerta það. Það er nokkurn veginn það sem gerist hér.

Spennirinn hefur tvær aðskildar spólur vafðar utan um stóran járnkjarna:

Rafmagn hleypur inn í fyrstu spóluna (kallað aðalspóluna).

Það skapar segulsvið sem vex hratt og hrynur.

Segulsviðið sem hreyfist nær yfir og ýtir rafeindum inn í seinni spóluna (efri spóluna) og skapar alveg nýjan straum.

Þetta er kallað gagnkvæm innleiðing. Það leyfir orku að hoppa úr einni hringrás í aðra þráðlaust. Og með því að breyta því hversu margar lykkjur hver spóla hefur, geta verkfræðingar hækkað eða lækkað spennuna eins og þeir vilja. Frekar klókur, ekki satt?

Opnaðu eina (að sjálfsögðu) og það er furðu einfalt - bara tvær kefli af koparvír og þungur stafli af járnplötum. Aðalvindan er þar sem kraftur kemur inn, annar er þar sem hann fer út. Járnkjarninn er stjarnan: hún grípur segulsviðið og flytur því beint á hina spóluna nánast án taps. Án kjarnans myndi segulmagnið bara hverfa í loftinu.

Því fleiri lykkjur af vír, því sterkari áhrifin. Breyttu fjölda snúninga á milli spólanna tveggja og bómu - þú stjórnar spennunni. Fleiri kveikingar á auka=þrepi-upp. Færri beygjur=stíga- niður.

Það virkar mikið eins og að skipta um gír á hjóli. Ef aðalsnúningurinn hefur færri snúninga en aukaspennan eykst spennan - sem er skref-upp spennir (notaður í virkjunum). Ef aðallinn hefur mun fleiri snúninga, lækkar spennu - þrepa-neðar spennir (það sem þú sérð á skautum og í hleðslutækinu þínu).

Snúningshlutfallið segir þér nákvæmlega hvað mun gerast. Hálfar beygjurnar á framhaldsskólanum? Spenna skerst í tvennt. Og þökk sé varðveislu orku, þegar spenna hækkar, lækkar straumur (og öfugt). Það er eins og að setja þumalfingur yfir enda slöngunnar - hærri þrýstingur, en minna vatn kemur út.

Tengdu spenni við venjulega rafhlöðu (DC) og ekkert gagnlegt gerist - þú færð bara heitan vír og tæma rafhlöðu. Transformers þurfa riðstraum (AC) vegna þess að þeir treysta á stöðugt breytilegt segulsvið. AC snýr stefnu 60 sinnum á sekúndu, sem heldur segulsviðinu áfram að dæla og lætur orku hoppa yfir spólurnar.

DC er stöðugt og einhliða- þannig að segulsviðið situr bara eftir fyrsta augnablikið. Engin hreyfing, engin framkalla. Þess vegna keyrir allt netið okkar á AC -, það er eina auðvelda leiðin til að hækka spennuna upp og niður.

Járnkjarnan hefur einn stóran veikleika - hann leiðir líka rafmagn. Púlsandi segulsviðið reynir að búa til hringandi „hringstrauma“ inni í járninu sem eyða orku sem hita (stundum nóg til að bræða allt).

Lausnin? Skerið járnið í ofur-þunnar blöð, klæddu hverja einangrun og staflaðu þeim upp. Segulmagnið kemst samt vel í gegn, en þessir hvirfilstraumar brotna upp. Það er líka hysteresis tap frá örsmáum segulflögum sem gerast 60 sinnum á sekúndu - meiri innri núningur og hiti.

Stórir spennar sitja í tönkum af sérstakri olíu sem kælir allt niður (eins og ofn) og bætir aukaeinangrun. Þessi samsetning er ástæðan fyrir því að þessir hlutir geta varað í áratugi.

Í vatnsstíflu kemur afl út á kannski 20.000 volt. Risastór spennir-upp og hækkar hann upp í 230.000 volt eða meira svo hann geti ferðast langar vegalengdir án þess að tapa miklu.

Í borgarjaðrinum lækka spennivirki það niður í um 13.000 volt. Þá færir gráa dósin á stönginni (eða græna kassanum í garðinum) hana niður í 120/240 volt fyrir húsið þitt. Að lokum lækkar símahleðslutækið það aftur niður í 5 eða 12 volt.

Það rafmagn skiptir um „búning“ fjórum eða fimm sinnum áður en það nær skjánum þínum. Frekar villt þegar maður hugsar um það.

Þessir kassar þurfa að halda aftur af þúsundum volta, þannig að þeir nota sterka einangrun og þessi rifbeygðu keramikbitar ofan á til að koma í veg fyrir að rafmagn hoppaði þar sem það ætti ekki. Hiti er hægi óvinurinn - þungur farmur eða heit sumur geta þrýst of háum hita og rýrt olíuna.

Þegar einangrun bilar loksins heyrist stundum hávær bom (eins og örlítil elding slær inn í tankinn) og hlutar hverfisins verða dimmir. Íkornar, eldingar eða ofhleðsla eru venjulega grunaðir. Samt hefur grunnhönnunin varla breyst í yfir 100 ár vegna þess að hún virkar bara svo vel.

Næst þegar þú sérð einn af þessum suðandi kössum, sýndu honum smá virðingu. Það er í rólegheitum að stunda mjög flott eðlisfræði - með því að nota „ósýnilega handabandið“ milli rafmagns og segulmagns til að halda nútíma heimi okkar gangandi á öruggan og skilvirkan hátt.

Jafnvel með brjálaða eftirspurn nútímans frá gervigreindarmiðstöðvum og endurnýjanlegum orkugjöfum sem gerir spennu erfitt að fá, er kjarnahugmyndin samt sama glæsilega bragðið og við höfum notað í meira en öld. Ristið er ekki bara vírar - heldur hópur segulmagnaðir gíra sem breyta orku hljóðlaust svo þú getir hlaðið símann þinn án þess að sprengja húsið í loft upp.

Hafðu samband núna