Máy biến áp và năng lượng: Hiệu quả được tiết lộ

Bạn có bao giờ để ý rằng bộ sạc máy tính xách tay của bạn có một vật "cục gạch" nặng nề như thế nào nhưng bộ sạc điện thoại của bạn chỉ là một phích cắm phẳng nhỏ xíu không? Hóa ra đằng sau nó có một phát minh siêu cũ nhưng xuất sắc: máy biến áp. Thành thật mà nói, đây là một trong những anh hùng thầm lặng giúp toàn bộ thế giới điện hiện đại của chúng ta thực sự hoạt động.

Vấn đề lớn nhất với điện là truyền nó từ một nhà máy điện cách xa hàng trăm dặm tới ổ cắm trên tường mà không bị thất thoát phần lớn điện trên đường đi. Đường dây điện giống như những ống mềm rất dài, mỏng-đẩy quá nhiều dòng điện qua chúng và chúng nóng lên như điên, lãng phí hàng tấn năng lượng dưới dạng nhiệt. Đó là nơi máy biến áp tiết kiệm thời gian.

Về cơ bản, nó cho phép các kỹ sư thử nghiệm "áp lực" của điện (tức là điện áp) để họ có thể truyền điện đi khoảng cách xa một cách hiệu quả, sau đó quay trở lại an toàn trước khi nó chạm vào nhà bạn. Nếu không có thủ thuật này, lưới điện của chúng ta sẽ quá lãng phí (và thành thật mà nói, gần như không thể thực hiện được trên quy mô lớn).

Hãy tưởng tượng bạn đang cố gắng đẩy nước từ một hồ nước xa xôi đến thị trấn của mình bằng một chiếc vòi tưới vườn siêu dài và mỏng. Vào thời điểm nó đến tay bạn, bạn sẽ hầu như không bị nhỏ giọt vì ma sát. Điện có cùng một vấn đề trên một khoảng cách dài.

Mỗi dây đều có điện trở-nó "tóm lấy" các electron đang chảy. Dòng điện chạy qua càng nhiều (ampe cao hơn), bạn càng lãng phí nhiều nhiệt hơn. Nếu chúng tôi cố gắng gửi nguồn điện cấp thành phố- thẳng từ nhà máy ở điện áp bình thường thì hầu hết điện năng đó sẽ chỉ làm nóng đường dây thay vì đến được nhà. Những người làm nghề điện thời kỳ đầu gặp khó khăn với bức tường này và điều đó buộc họ phải sáng tạo.

Điện có hai thứ chính đang diễn ra: dòng điện ("dòng chảy" hoặc lượng chuyển động) và điện áp ("áp suất" đẩy nó). Bản thân nguồn điện về cơ bản là dòng điện × điện áp-nên bạn có thể cung cấp cùng một lượng điện năng theo hai cách rất khác nhau.

Nhiều dòng điện + điện áp thấp=dày, dòng sông chảy chậm (rất nhiều chất thải trên khoảng cách)

Dòng điện thấp + điện áp cao=tia nhỏ, áp suất cao- (ít lãng phí hơn)

Các công ty điện lực đã tìm ra cách: tăng điện áp cho chuyến đi dài. Điều đó có nghĩa là dòng điện thấp hơn nhiều, do đó ít thất thoát nhiệt trên đường dây hơn. Tuyệt vời, phải không? Nhưng sau đó, bạn có nguồn điện áp-cao-bùng nổ khắp vùng nông thôn-chắc chắn không phải thứ bạn muốn cắm vào máy nướng bánh mì của mình. Vì vậy chúng ta cần một cách để đưa nó trở lại.

Máy biến áp về cơ bản là một bộ thay đổi điện áp. Không có bộ phận chuyển động, không có thiết bị điện tử cầu kỳ nào trong những thiết bị cơ bản-chỉ có hai cuộn dây quấn quanh một lõi sắt dùng chung. Các cuộn dây thậm chí không chạm vào nhau. Vậy làm thế nào để sức mạnh chuyển từ cái này sang cái khác?

Tất cả đều nhờ vào cảm ứng điện từ + dòng điện xoay chiều (AC). AC liên tục đổi hướng siêu nhanh, tạo ra một từ trường xung quanh cuộn dây thứ nhất ("chính"). Từ trường thay đổi đó truyền qua lõi sắt và "làm rung chuyển" các electron trong cuộn dây thứ hai ("thứ cấp"), tạo ra một dòng điện hoàn toàn mới ở đó. Điện đi qua một khe hở không khí mà không có bất kỳ dây dẫn nào kết nối chúng-khá hoang đường khi bạn nghĩ về điều đó.

Tỷ lệ kỳ diệu? Mỗi cuộn dây được quấn bao nhiêu lần. Thêm lượt ở phía thứ cấp=điện áp ra cao hơn (bước{2}}lên). Ít vòng quay hơn=điện áp thấp hơn (bước-xuống). Đó là nghĩa đen của nó. Điều chỉnh các vòng quay, kiểm soát áp suất.

Tăng cường-máy biến ápsống gần nhà máy điện. Họ lấy điện áp được tạo ra và tăng nó lên mức cao điên cuồng (đôi khi hàng trăm nghìn volt) để nó có thể truyền qua các đường dây truyền tải mà hầu như không bị tổn thất.

Hạ bậc máy biến áplàm điều ngược lại. Chúng bắt đầu hoạt động khi nguồn điện đến gần hơn-các nguồn điện lớn tại các trạm biến áp giảm mức điện năng trung bình để phân phối trong thành phố, sau đó các nguồn điện nhỏ hơn trên đường phố của bạn đưa nguồn điện xuống mức điện áp 120V hoặc 220–240V quen thuộc mà gia đình bạn sử dụng.

Nó giống như một cuộc chạy đua tiếp sức có-cắt điện áp:

Nhà máy điện tạo ra điện → máy biến áp khổng lồ{0}}tăng điện áp lên trời-.

Đường dây điện cao thế-(những tháp kim loại khổng lồ ở khắp mọi nơi) mang nó đi xa hàng trăm dặm.

Tiếp cận khu vực của bạn → trạm biến áp có máy biến áp bước xuống lớn giúp hạ thấp trạm để phân phối tại địa phương.

Bước cuối cùng trên khối của bạn → hộp gắn trên cột-hoặc hộp gắn trên miếng đệm màu xanh lá cây-thả nó xuống mức an toàn trong gia đình.

Bạn chắc chắn đã đi ngang qua các trạm biến áp (các sân có hàng rào lớn, biển báo "Nguy hiểm: Điện áp cao") mà không nhận ra về cơ bản chúng là các trung tâm hạ áp-điện áp khổng lồ.

Nhìn lên các cột điện-có thấy những chiếc lon hình trụ màu xám ở gần trên cùng không? Đó là những máy biến áp phân phối phục vụ cho một vài ngôi nhà. Ở những nơi có đường chôn sâu, chúng là những hộp kim loại lớn màu xanh lá cây đặt trên nền bê tông trong sân nhà ai đó. Cùng một công việc, vẻ ngoài khác nhau.

Họ thường ngân nga khe khẽ-điều đó là bình thường. Tuy nhiên, nếu một con bắt đầu kêu vo ve ầm ĩ, giận dữ thì nó có thể đã sắp chết.

"Cục gạch" máy tính xách tay to lớn đó chỉ là một-máy biến áp bước xuống nhỏ (cộng với một số thiết bị điện tử hiện đại). Nó lấy điện áp trên tường và giảm xuống mức mà máy tính xách tay của bạn muốn. Bộ sạc điện thoại bây giờ cũng làm được điều tương tự nhưng chúng cực kỳ nhỏ và hiệu quả nhờ công nghệ tốt hơn-không cần lõi sắt to nặng nữa.

Vì vậy, lần tới khi bạn cắm thứ gì đó vào, hãy dành-một chút phấn khích cho máy biến áp. Chính người trung gian thầm lặng đã âm thầm biến cuộc sống điện khí hóa của chúng ta thành hiện thực trong hơn một thế kỷ. Khá gọn gàng khi bạn dừng lại và suy nghĩ về nó.

Liên hệ ngay