Koja je svrha transformatora?

Koja je svrha transformatora?

Većina ljudi je vjerovatno čula za transformatore i svjesni su da su dio uvijek evidentne, ali još uvijek misteriozne elektroenergetske mreže koja isporučuje struju kućama, tvrtkama i svakom drugom mjestu gdje je potreban "sok". Ali tipična osoba balkira se kad nauči finije točke isporuke električne energije, možda zato što se čini da je čitav proces skriven u opasnosti. Djeca od malih nogu uče da električna energija može biti vrlo opasna, i svi shvate da se žice bilo koje elektroprivrede s dobrim razlogom drže visoko izvan dohvata (ili ponekad zakopane u zemlju).

Ali mreža napajanja zapravo je trijumf ljudskog inženjerstva, bez kojeg bi civilizacija bila neprepoznatljiva od one koju danas živite. Transformator je ključni element u kontroli i isporuci električne energije od mjesta na kojem se proizvodi u elektranama do trenutka prije nego što uđe u dom, poslovnu zgradu ili drugo krajnje odredište.

Koja je svrha transformatora?

Zamislite branu koja zadržava milione galona vode da formira umjetno jezero. Budući da rijeka koja hrani ovo jezero ne nosi uvijek istu količinu vode na tom području, s tim da njegove vode imaju tendenciju porasta u proljeće nakon što se snijeg otopi u mnogim područjima i ljeti pada u vrijeme sušnijeg vremena, bilo koja učinkovita i sigurna brana mora biti opremljen uređajima koji omogućavaju finiju kontrolu nad vodom nego da je jednostavno spriječe da istječe dok nivo ne poraste toliko da voda jednostavno prolije po njoj. Brane stoga uključuju sve vrste zapornih vrata i druge mehanizme koji diktiraju koliko će vode preći na donjoj strani brane, neovisno o količini pritiska vode na gornjoj strani.

Otprilike to radi jedan transformator, osim što materijal koji teče nije voda, nego električna struja. Transformatori služe za manipuliranje nivoom napona koji struji kroz bilo koju točku elektroenergetske mreže (detaljno je opisano u nastavku) na način koji uravnotežuje efikasnost prenosa i osnovnu sigurnost. Jasno je da je financijski i praktično povoljno i potrošačima i vlasnicima elektrane i mreže kako bi se spriječili gubici električne energije između napuštanja električne energije iz elektrane i njezinih domova ili drugih odredišta. S druge strane, ako se količina napona koji prolazi kroz tipičnu visokonaponsku žicu ne umanji prije ulaska u vaš dom, doći će do haosa i katastrofe.

Šta je napon?

Napon je mjera razlike električnog potencijala. Nomenklatura može biti zbunjujuća jer su mnogi studenti čuli pojam "potencijalna energija", što olakšava zbunjujući napon s energijom. Zapravo, napon je električna potencijalna energija po jedinici naboja, ili joules po coulomb-u (J / C). Kulomb je standardna jedinica fizičkog naboja u fizici. Jednom elektronu je dodijeljeno -1.609 × 10-19 kuloma, dok protoni nose naboj jednak po veličini, ali suprotno smjeru (tj. Pozitivan naboj).

Ključna riječ, zaista, je "razlika". Razlog zbog kojeg elektroni teku s jednog mjesta na drugo je razlika u naponu između dviju referentnih točaka. Napon predstavlja količinu rada koja bi bila potrebna po jedinici naboja za pomicanje naboja prema električnom polju iz prve točke u drugu. Da biste stekli osjećaj razmjera, znajte da dugotrajne prijenosne žice nose od 155.000 do 765.000 volti, dok napon koji ulazi u dom obično je 240 volti.

Istorija transformatora

1880-ih dobavljači električnih usluga koristili su istosmjernu struju (DC). To je bilo prepuno obaveza, uključujući činjenicu da se DC ne može koristiti za rasvjetu i vrlo je opasan, zahtijevajući debele slojeve izolacije. Za to vrijeme, izumitelj William Stanley proizveo je indukcijsku zavojnicu, uređaj koji može stvoriti izmjeničnu struju (AC). U vrijeme kad se Stanley predstavio s ovim izumom, fizičari su znali fenomen izmjeničnog napona i prednosti koje bi on imao u pogledu napajanja električnom energijom, ali nitko nije mogao smisliti način da isporuči AC u velikoj mjeri. Stanleyjeva indukciona zavojnica poslužila bi kao predložak za sve buduće varijacije uređaja.

Stanley je zamalo postao pravnik prije nego što je odlučio da radi kao električar. Započeo je u New Yorku prije nego što se preselio u Pittsburgh, gdje je počeo raditi na svom transformatoru. Konstruisao je prvi opštinski elektroenergetski sustav 1886. u gradu Great Barrington, Massachusetts. Nakon prelaznog vijeka, električnu kompaniju je kupio General Electric.

Može li transformator povećati napon?

Transformator može i povećati (povećati) ili smanjiti (smanjiti) napon koji putuje putem naponskih žica. Ovo je slabo analogno načinu na koji krvožilni sistem može povećati ili smanjiti dotok krvi u određene dijelove tijela ovisno o potražnji. Nakon što krv („moć“) napusti srce („elektrana“), da dođe do niza grana, može završiti putujući donjim telom umesto gornjim telom, a zatim na desnu nogu umesto gornjoj lijevo, a zatim do tela umjesto bedara itd. To se regulira dilatacijom ili suženjem krvnih žila u ciljanim organima i tkivima. Kad se električna energija generira u elektrani, transformatori povećavaju napon od nekoliko tisuća do stotina tisuća za potrebe prijenosa na velike daljine. Dok te žice dosegnu točke nazvane podstanice, transformatori smanjuju napon na ispod 10 000 volti. Vjerovatno ste ove trafostanice i transformatore srednjeg nivoa vidjeli na putovanjima; transformatori su obično smješteni u kutije i pomalo liče na hladnjake posađene na cesti.

Kad električna energija napusti ove stanice, što obično može učiniti u više različitih smjerova, nailazi na druge transformatore bliže krajnjoj točki u pododjeljcima, susjedstvima i pojedinim kućama. Ovi transformatori smanjuju napon sa ispod 10 000 volti na blizinu od 240 - preko 1000 puta manje od uobičajenih maksimalnih nivoa viđenih na dugotrajnim žicama visokog napona.

Kako električna energija putuje u naše domove?

Transformatori su, naravno, samo jedna komponenta takozvane elektroenergetske mreže, naziv za sustav žica, sklopki i drugih uređaja koji proizvode, šalju i upravljaju električnom energijom od mjesta gdje se generira do mjesta gdje se na kraju koristi.

Prvi korak u stvaranju električne energije je okretanje vratila generatora. Od 2018. godine najčešće se to koristi pomoću pare koja se oslobađa izgaranjem fosilnog goriva, poput uglja, nafte ili prirodnog plina. Nuklearne elektrane i drugi „čisti“ generatori energije kao što su hidroelektrane i vjetroelektrane također mogu iskoristiti ili proizvesti energiju potrebnu za pogon generatora. Bez obzira na slučaj, električna energija koja se stvara u tim postrojenjima naziva se trofazna snaga. To je zato što ti izmjenični generatori stvaraju električnu energiju koja oscilira između postavljenog minimalnog i maksimalnog nivoa napona, a svaka se od tri faze vremenom pomiče za 120 stupnjeva od one ispred i iza nje. (Zamislite da hodate napred-nazad cestom od 12 metara, dok još dvoje ljudi rade isto, čineći putovanje u krugu od 24 metra, osim što je jedna od druge dvije osobe uvijek 8 metara ispred vas, a druga 8 metara iza vas. U nekim ćete trenucima vas dvoje hodati u jednom smjeru, dok u neko drugo vrijeme vas dvoje hodate u drugom smjeru, mijenjajući zbroj pokreta, ali na predvidivi način. To je lagano kako trofazno napajanje naizmeničnom strujom.)

Prije nego što struja napusti elektranu, ona prvi put nailazi na transformator. To je jedina točka u kojoj transformatori u elektroenergetskoj mreži znatno pojačavaju napon, a ne smanjuju ga. Ovaj korak je potreban jer električna energija tada ulazi u velike dalekovode u setovima od po tri, za svaku fazu snage, a neki će možda morati prijeći i oko 300 milja.

U nekom trenutku električna energija naiđe na trafostanicu, gdje transformatori smanjuju napon na razinu pogodnu za manje niže dalekovode koje vidite u susjedstvu ili trčeći po seoskim autocestama. Tu dolazi do faze raspodjele (za razliku od prijenosa) isporuke električne energije, jer vodovi obično napuštaju trafostanice u više smjerova, baš kao što se broj arterija odvaja od velike krvne žile na više ili manjem istom mjestu.

Iz trafostanice struja prolazi u četvrti i ostavlja lokalne dalekovode (koji su obično na "telefonskim stupovima") da uđu u pojedinačna prebivališta. Manji transformatori (od kojih mnogi izgledaju kao male metalne kante za smeće) smanjuju napon na oko 240 volti tako da mogu ući u kuće bez velikog rizika od izazivanja požara ili neke druge ozbiljnije nesreće.

Koja je funkcija transformatora?

Transformatori ne samo da moraju obavljati posao manipulacije naponom, već moraju biti otporni i na oštećenja, bilo da su to prirodni činovi poput vjetrenjača ili namjernih napada koje je stvorio čovjek. Nije izvedivo držati električnu mrežu izvan dosega elemenata ili ljudskih zabluda, ali isto je, elektroenergetska mreža apsolutno je važna za moderni život. Ta kombinacija ranjivosti i nužnosti navela je američko Ministarstvo za domovinsku sigurnost da se zanima za najveće transformatore u američkoj elektroenergetskoj mreži, zvane velike energetske transformatore ili LPT. Funkcija ovih ogromnih transformatora, koji se nalaze u termoelektranama i mogu težiti od 100 do 400 tona i koštati milione dolara, od suštinskog je značaja za održavanje svakodnevnog života, jer neuspjeh jednog može dovesti do prekida napajanja električnom energijom na širokom području . Riječ je o transformatorima koji drastično povećavaju napon prije nego što električna energija uđe u dugotrajne žice visokog napona.

Od 2012. godine, prosječna starost LPT-a u SAD bila je oko 40 godina. Neki današnji visokonaponski transformatori s visokim naponom (EHV) ocjenjuju se na 345 000 volti, a potražnja za transformatorima raste i u SAD-u i širom svijeta, prisiljavajući američku vladu da traži načine kako zamijeniti postojeće LPT prema potrebi i razviti nove po relativno niskom trošku.

Kako funkcionira transformator?

Transformator je u osnovi veliki, kvadratni magnet s rupom u sredini. Električna energija ulazi s jedne strane preko žica omotanih transformatora nekoliko puta, a na suprotnoj strani putem žica omotanih različitog broja puta oko transformatora. Ulazak električne energije indukuje magnetno polje u transformatoru, što zauzvrat indukuje električno polje u ostalim žicama, koje potom nose struju dalje od transformatora.

Na razini fizike, transformator djeluje koristeći prednost Faradayevog zakona, koji kaže da je omjer napona dva svitka jednak omjeru broja zavoja u odgovarajućim zavojnicama. Stoga, ako je potreban smanjeni napon na transformatoru, drugi (odlazni) svitak sadrži manje okretaja od primarnog (dolaznog) zavojnice.

Za više informacija kontaktirajte nas na sales@xfullstar.com