หม้อแปลงไฟฟ้าและกำลัง: การเพิ่มประสิทธิภาพ

ประเด็นสำคัญคือ ไฟฟ้าสูญเสียพลังงานจริง ๆ ขณะเดินทางผ่านสายไฟ สายเคเบิลโลหะต่อสู้กลับด้วยสิ่งที่เรียกว่าความต้านทาน - คล้ายกับแรงเสียดทาน ลองนึกภาพการเลื่อนถุงเท้าไปบนพรม การลากนั้นเปลี่ยนพลังงานที่มีประโยชน์ให้เป็นความร้อนที่สูญเปล่า หากคุณพยายามจ่ายไฟบ้านตามปกติในระยะทางไกล คุณจะสูญเสียความร้อนส่วนใหญ่ไป และสายไฟก็จะร้อนจนเป็นอันตราย

แล้วสาธารณูปโภคจะแก้ปัญหานี้ได้อย่างไร? พวกมันเพิ่ม "ความดัน" - สิ่งที่เราเรียกว่าแรงดันไฟฟ้า ลองคิดดูว่ามันเหมือนกับน้ำในท่อ: แรงดันสูงช่วยให้คุณดันน้ำในปริมาณเท่าเดิมได้ไกลขึ้นมากโดยใช้แรงน้อยลง นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมสายไฟจึงส่งกระแสไฟฟ้าด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงจนน่าขันในระยะยาว จากนั้น ก่อนที่มันจะถึงบ้านของคุณ หม้อแปลงจะลดแรงดันลงสู่ระดับที่ปลอดภัย เพื่อไม่ให้เครื่องปิ้งขนมปังของคุณระเบิด

การส่งไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าที่อยู่ห่างไกลไปยังละแวกบ้านของคุณไม่ใช่เรื่องง่าย ขณะที่มันเคลื่อนที่ ความต้านทานจะเปลี่ยนพลังงานจำนวนมากให้เป็นความร้อน หากเราส่งไปที่แรงดันไฟฟ้าในครัวเรือนปกติ (ประมาณ 120 โวลต์) พลังงานมากกว่า 90% จะหายไปเป็นความร้อนก่อนที่จะเข้าใกล้เมืองของคุณด้วยซ้ำ

การแก้ไขที่ชาญฉลาด? เพิ่มแรงดันไฟฟ้าให้สูงขึ้น - บางครั้งเป็น 115,000 โวลต์หรือมากกว่า - ในขณะที่ลดแรงดันไฟฟ้าลง เนื่องจากโดยพื้นฐานแล้วกำลังคือแรงดันไฟฟ้าคูณกับกระแสไฟฟ้า คุณจึงสามารถส่งพลังงานเดียวกันได้โดยมี "การไหล" น้อยกว่ามาก กระแสไฟฟ้าที่น้อยลงหมายถึงการเสียดสีกับสายไฟน้อยลง ดังนั้นจึงสิ้นเปลืองความร้อนน้อยลง สัญญาณเตือน "ไฟฟ้าแรงสูง" ขนาดใหญ่บนเสาส่งสัญญาณไม่ได้เป็นเพียงเพื่อความปลอดภัย - แต่ยังเป็นวิธีประหยัดพลังงานที่ชาญฉลาดอีกด้วย

แน่นอนว่าคุณไม่สามารถระเบิดไฟ 115,000 โวลต์เข้าไปในบ้านของคุณได้โดยตรง นั่นคือสิ่งที่หม้อแปลงเข้ามา พวกมันทำหน้าที่เหมือนเกียร์จักรยานสำหรับการผลิตไฟฟ้า โดยเปลี่ยนระหว่างไฟฟ้าแรงสูง/กระแสต่ำสำหรับการเดินทาง และแรงดันต่ำ/กระแสไฟฟ้าสูงสำหรับการใช้งานจริง - และทำโดยไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว

ภาพการขี่จักรยานขึ้นเนิน คุณเปลี่ยนเกียร์เพื่อแลกความเร็วเพื่อพลังในการผลักดันที่มากขึ้น หม้อแปลงไฟฟ้าทำงานด้วยแนวคิดที่คล้ายกัน แต่แทนที่จะใช้ความเร็วและแรงบิด หม้อแปลงจะแลกกระแสไฟฟ้า (แอมป์) กับแรงดัน (โวลต์)

ทั้งหมดขึ้นอยู่กับจำนวนห่วงลวดในขดลวดทั้งสองด้านใน การวนซ้ำที่ด้านเอาท์พุตมากขึ้นหมายถึงแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น (ขั้น-) การวนซ้ำน้อยลงหมายถึงแรงดันไฟฟ้าลดลง (สเต็ป-ลง) "อัตราทดเกียร์" ที่เรียบง่ายช่วยให้เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องมีชิ้นส่วนกลไกใดๆ

ต่อไปนี้เป็นวิธีการเดินทางโดยคร่าว:

ที่โรงไฟฟ้า: หม้อแปลงแบบสเต็ป-จะช่วยเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสำหรับการเดินทางระยะไกล-

ที่สถานีย่อยขนาดใหญ่: หม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่จะลดระดับลงสู่ระดับปานกลางสำหรับพื้นที่ท้องถิ่น

บนเสาใกล้เคียงหรือในกล่องสีเขียว: หม้อแปลงขนาดเล็กจะปล่อยแรงดันไฟฟ้า 120 หรือ 240 โวลต์ที่ปลอดภัยที่บ้านของคุณต้องการเป็นครั้งสุดท้าย

น่าประหลาดใจที่กระบวนการทั้งหมดนี้สิ้นเปลืองพลังงานน้อยมาก หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายถูกสร้างขึ้นเพื่อให้มีประสิทธิภาพสูง

แล้วพลังงานจะกระโดดจากขดลวดหนึ่งไปยังอีกขดลวดหนึ่งได้อย่างไรในเมื่อสายไฟไม่เคยสัมผัสกันจริง ๆ เลย? ทั้งหมดนี้ต้องขอบคุณกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดแรกจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กแรงสูง สนามแม่เหล็กที่มองไม่เห็นนั้นแผ่ไปทั่วช่องว่างและเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสใหม่ในขดลวดที่สอง เพื่อให้แน่ใจว่าพลังงานแทบจะไม่สูญเสียไป ขดลวดทั้งสองถูกพันรอบแกนเหล็กหนักซึ่งทำหน้าที่เหมือนทางหลวงสำหรับแม่เหล็ก โดยนำทางจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งโดยตรง

การแยกทางกายภาพนี้ยังถือเป็นโบนัสด้านความปลอดภัยอย่างมากอีกด้วย หากฟ้าผ่ากระทบสายไฟ ช่องว่างดังกล่าวจะช่วยหยุดไฟกระชากขนาดใหญ่นั้นไม่ให้ทอดทุกอย่างในบ้านของคุณ

เคยสังเกตไหมว่ามีบล็อกเล็กๆ หนักๆ บนสายแล็ปท็อปของคุณบ้างไหม? นั่นคือหม้อแปลงขนาดเล็ก ไฟฟ้าในครัวเรือนที่ 120 โวลต์ยังมีมากเกินไปสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน ดังนั้น "อิฐพลังงาน" เหล่านี้จึงลดระดับลงอีก:

เต้ารับติดผนัง: 120 โวลต์

แล็ปท็อป: ประมาณ 19 โวลต์

สมาร์ทโฟน: ปกติ 5 โวลต์

ต่างจากอันใหญ่ที่อยู่บนเสา (ซึ่งมักจะเติมน้ำมัน-เพื่อระบายความร้อน) ที่ชาร์จขนาดเล็กเหล่านี้แห้ง-แบบ - เพียงแต่ใช้ลมและครีบเพื่อรักษาความเย็น นั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้เครื่องอุ่นขึ้นเมื่อคุณชาร์จไปสักระยะหนึ่ง หากคุณตั้งใจฟัง คุณอาจได้ยินเสียงกระหึ่มเบาๆ นั่นคือชิ้นส่วนโลหะภายในที่สั่นสะเทือนจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก

หม้อแปลงขนาดยักษ์บนเสาต้องรับมือกับความร้อนที่มากกว่ามาก เต็มไปด้วยน้ำมันพิเศษและมีครีบโลหะเหมือนหม้อน้ำรถยนต์เพื่อช่วยกระจายความอบอุ่น วิศวกรคำนวณอย่างรอบคอบว่าแต่ละตัวสามารถรองรับโหลดได้มากเพียงใด เพื่อไม่ให้เกิดความร้อนมากเกินไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวันฤดูร้อนที่ทุกคนใช้เครื่องปรับอากาศ

ต้องขอบคุณวิศวกรรมอันชาญฉลาดทั้งหมดนี้ หม้อแปลงสมัยใหม่จึงสามารถเข้าถึงประสิทธิภาพได้ถึง 98% หรือสูงกว่า นั่นหมายความว่าพลังงานเกือบทั้งหมดที่จ่ายเข้าไปจะเข้าถึงช่องจ่ายไฟของคุณจริงๆ

ท้ายที่สุดแล้ว หม้อแปลงไฟฟ้าคือเหตุผลที่เราสามารถเคลื่อนย้ายไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพในระยะทางไกลโดยไม่ต้องสิ้นเปลืองพลังงานจำนวนมาก เมื่อนิโคลา เทสลาผลักดันให้กระแสสลับกลับมาใน "สงครามกระแสน้ำ" อันโด่งดัง เทคโนโลยีนี้เป็นส่วนสำคัญว่าทำไมเขาถึงชนะ

ปัจจุบัน อุปกรณ์ที่เงียบเหล่านี้มีความสำคัญมากยิ่งขึ้น การลดการสูญเสียพลังงานจะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และทำให้แหล่งพลังงานหมุนเวียนใช้งานได้จริงมากขึ้น

ครั้งต่อไปที่คุณออกไปเดินเล่น ลอง "ส่องหม้อแปลง" สักหน่อย มองหาทรงกระบอกสีเทาบนเสาไม้ กล่องสีเขียวบนพื้น หรือสถานีไฟฟ้าย่อยขนาดใหญ่ที่มีรั้วล้อมรอบ พวกเขาทั้งหมดทำงานแบบเดียวกันอย่างเงียบๆ - เพื่อปรับสมดุลแรงดันและกระแส เพื่อให้คุณสามารถชาร์จโทรศัพท์ได้โดยไม่ต้องคิดซ้ำสอง

เมื่อคุณคิดถึงมัน-คงทึ่งจริงๆ สิ่งประดิษฐ์ที่ยอดเยี่ยมในศตวรรษที่ 19- ยังคงเป็นหัวใจสำคัญของระบบส่งไฟฟ้าแห่งศตวรรษที่ 21- ของเรา

ติดต่อได้เลย