المحولات والطاقة: كشف النقاب عن الكفاءة

هل لاحظت يومًا كيف أن شاحن الكمبيوتر المحمول الخاص بك يحتوي على ذلك الشيء الثقيل "الطوبي"، بينما شاحن هاتفك مجرد قابس مسطح صغير؟ اتضح أن هناك اختراعًا قديمًا ورائعًا وراءه: المحول. إنه بصراحة أحد الأبطال الهادئين الذين يجعلون عالمنا الكهربائي الحديث يعمل بالفعل.

المشكلة الكبرى في الكهرباء هي توصيلها من محطة توليد كهرباء تبعد مئات الأميال إلى مقبس الحائط الخاص بك دون فقدان معظمها على طول الطريق. تشبه خطوط الكهرباء خراطيم طويلة ونحيفة-تدفع تيارًا كبيرًا عبرها فتسخن بشكل جنوني، مما يؤدي إلى إهدار أطنان من الطاقة على شكل حرارة. هذا هو المكان الذي ينقذ فيه المحول اليوم.

فهو يسمح للمهندسين بالتعامل مع "ضغط" الكهرباء (هذا هو الجهد الكهربي) حتى يتمكنوا من إرسال الطاقة لمسافات طويلة بكفاءة، ثم توصيلها مرة أخرى بأمان قبل أن تصل إلى منزلك. بدون هذه الخدعة، ستكون شبكة الطاقة لدينا مسرفة للغاية (وبصراحة، ستكون مستحيلة على نطاق واسع).

تصور أنك تحاول دفع المياه من بحيرة بعيدة إلى مدينتك باستخدام خرطوم حديقة طويل ورفيع للغاية. بحلول الوقت الذي تصل فيه إليك، بالكاد تحصل على قطرة بسبب الاحتكاك. الكهرباء لديها نفس المشكلة بالضبط على مسافات طويلة.

يتمتع كل سلك بمقاومة-تقوم "بالإمساك" بالإلكترونات المتدفقة. كلما زاد التيار الذي تدفعه (الأمبير الأعلى)، زادت الحرارة التي تهدرها. إذا حاولنا إرسال طاقة على مستوى المدينة-مباشرة من المحطة بجهد عادي، فإن معظمها سيؤدي فقط إلى تسخين الأسلاك بدلاً من وصولها إلى المنازل. اصطدم عمال الكهرباء الأوائل بهذا الجدار بقوة، مما أجبرهم على الإبداع.

للكهرباء شيئين رئيسيين يحدثان: التيار ("التدفق" أو الكمية المتحركة) والجهد ("الضغط" الذي يدفعها). الطاقة نفسها هي في الأساس تيار × جهد-وبالتالي يمكنك توصيل نفس القدر من الطاقة بطريقتين مختلفتين تمامًا.

الكثير من الدهون الحالية + الجهد المنخفض =، النهر البطيء (الكثير من النفايات عبر المسافة)

تيار منخفض + جهد عالي=نحيف، عالي الضغط -نفاث (بطريقة أقل هدر)

أدركت شركات الطاقة ما يلي: رفع مستوى الجهد الكهربائي خلال الرحلة الطويلة. وهذا يعني تيارًا أقل بكثير، وبالتالي فقدانًا أقل للحرارة في الخطوط. رائعة، أليس كذلك؟ ولكن لديك كهرباء فائقة-فولتية عالية-تتدفق عبر الريف-بالتأكيد ليس شيئًا تريد توصيله بمحمصة الخبز. لذلك نحن بحاجة إلى وسيلة لإعادته إلى أسفل.

المحول هو في الأساس مغير الجهد. لا توجد أجزاء متحركة، ولا توجد إلكترونيات فاخرة في الأجزاء الأساسية-فقط ملفان من الأسلاك ملفوفان حول قلب حديدي مشترك. الملفات لا تلمس بعضها البعض. فكيف تنتقل القوة من واحدة إلى أخرى؟

كل ذلك بفضل الحث الكهرومغناطيسي + التيار المتردد (AC). يقلب التيار المتردد اتجاهه باستمرار بسرعة فائقة، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا نابضًا حول الملف الأول ("الأساسي"). ينتقل هذا المجال المغناطيسي المتغير عبر قلب الحديد و"يهز" الإلكترونات الموجودة في الملف الثاني ("الثانوي")، مما يؤدي إلى حدوث تيار جديد تمامًا هناك. عبرت الكهرباء فجوة هوائية بدون أي أسلاك تربطها-بشكل جامح للغاية عندما تفكر في الأمر.

النسبة السحرية؟ كم مرة يتم جرح كل ملف. مزيد من المنعطفات على الجانب الثانوي=جهد أعلى للخارج (خطوة-لأعلى). دورات أقل=جهد أقل (خطوة-لأسفل). هذا هو حرفيا. ضبط المنعطفات، والسيطرة على الضغط.

تصعيد-المحولاتالعيش بالقرب من محطات الطاقة. إنهم يأخذون الجهد المتولد ويعززونه إلى مستويات عالية جدًا (مئات الآلاف من الفولتات في بعض الأحيان) حتى يتمكن من المرور عبر خطوط النقل دون أي خسارة تقريبًا.

تنحي-المحولاتافعل العكس. تبدأ العمل مع اقتراب الطاقة-تقوم المحطات الكبيرة في المحطات الفرعية بإسقاطها إلى مستويات متوسطة للتوزيع في المدينة، ثم تقوم المحطات الأصغر حجمًا في شارعك بتخفيضها إلى 120 فولت أو 220-240 فولت الذي يستخدمه منزلك.

إنه يشبه سباق التتابع مع توزيع الجهد-:

محطة توليد الكهرباء تولد الكهرباء → خطوة عملاقة-لأعلى المحولات ترفع الجهد الكهربي إلى السماء-عالٍ.

وتحمل خطوط الجهد العالي-(تلك الأبراج المعدنية الضخمة في كل مكان) مئات الأميال.

تصل إلى منطقتك ← المحطة الفرعية باستخدام محولات كبيرة للأسفل-تخفضها للتوزيع المحلي.

الخطوة الأخيرة على الكتلة ← العمود-العلبة المُثبتة أو اللوحة الخضراء-الصندوق المثبت تسقطها إلى مستوى الأسرة الآمن.

من المؤكد أنك قد مررت بالقرب من المحطات الفرعية (ساحات مسيجة كبيرة، ولافتات "خطر: الجهد العالي") دون أن تدرك أنها في الأساس عبارة عن محاور جهد عملاقة-تنزل لأسفل.

ابحث عن أعمدة الكهرباء-هل ترى تلك العلب الأسطوانية الرمادية بالقرب من الأعلى؟ هذه محولات توزيع تخدم عددًا قليلًا من المنازل لكل منها. في الأماكن التي بها خطوط مدفونة، تكون عبارة عن صناديق معدنية خضراء كبيرة موضوعة في ساحة شخص ما على وسادة خرسانية. نفس الوظيفة، مظهر مختلف.

عادةً ما يدندنون بهدوء-وهذا طبيعي. ومع ذلك، إذا بدأ أحدهم في إصدار طنين عالٍ وغاضب، فقد يكون في مراحله الأخيرة.

إن هذا "الطوب" المحمول الكبير الحجم هو مجرد محول صغير -لأسفل (بالإضافة إلى بعض الإلكترونيات الحديثة). فهو يأخذ جهد الجدار ويسقطه إلى ما يريده الكمبيوتر المحمول الخاص بك. تقوم شواحن الهاتف بنفس الشيء الآن، ولكنها صغيرة جدًا وفعالة بفضل التكنولوجيا الأفضل-ولم تعد هناك حاجة إلى نواة حديدية ثقيلة كبيرة بعد الآن.

لذلك في المرة القادمة التي تقوم فيها بتوصيل شيء ما، أعطِ القليل من الطاقة الذهنية-خمسة للمحول. إنه الوسيط المجهول الذي جعل حياتنا المكهربة ممكنة لأكثر من قرن من الزمان. أنيق جدًا عندما تتوقف وتفكر في الأمر.

اتصل الآن