وأوضح أنواع فقدان الطاقة في المحولات

هل تعرف كيف ترتفع درجة حرارة يديك عندما تفركهما معًا في يوم بارد؟ هذا هو الاحتكاك الذي يحول الحركة إلى حرارة. يحدث شيء مشابه جدًا داخل المحول. يجب أن تشق الكهرباء طريقها عبر تلك الملفات النحاسية، وتواجه مقاومة-مثل الاحتكاك الكهربائي. يؤدي ذلك إلى دفع الحرارة والازدهار، وهي الطاقة التي لا تصل أبدًا إلى مصابيحك أو أجهزتك. المهندسين نسميها فقطفقدان النحاس(في الغالب لأن الأسلاك عادة ما تكون من النحاس).

وهذا ليس ثابتا. إنه يتصاعد اعتمادًا على مقدار ما يفعله المحول بالفعل. هل شعرت يومًا كيف يصبح شاحن هاتفك أكثر سخونة بشكل ملحوظ عندما يتم شحنه بسرعة مقابل توصيله فقط دون القيام بأي شيء؟ نفس الصفقة-التيار الأعلى يعني المزيد من "الاحتكاك"، والمزيد من الحرارة المهدرة. خلاصة القول: زيادة الطلب، وتسخن تلك اللفات بسرعة.

يقاوم المصممون بحل واضح جدًا: الأسلاك السميكة. فكر في الأمر على أنه توسيع للطريق حتى لا تزدحم حركة المرور كثيرًا. من المؤكد أنه يجعل المحول أكبر حجمًا وأكثر تكلفة، لكن الأرقام تظهر أنه يستحق ذلك مقابل شيء يعمل بشكل أكثر برودة، ويدوم لفترة أطول، ويهدر أقل. إنها بصراحة نقطة البداية لمعرفة سبب عدم كون نظام الطاقة لدينا كاملاً بنسبة 100%.

فقدان النحاس يأتي ويختفي مع الاستخدام، ولكن هناك خسارة أخرى تتلاشى دائمًا، حتى في حالة عدم توصيل أي شيء. تخيل سيارة تقف عند إشارة حمراء، ومحركها في وضع الخمول، وما زالت تستهلك كميات كبيرة من الوقود. يفعل المتحولون نفس الشيء- فهم يشربون قدرًا صغيرًا من الطاقة فقط ليظلوا "مستيقظين" وجاهزين. نحن نسمي هذالا يوجد-خسارة في التحميلأوفقدان الحديد(لأنه يحدث في القلب وليس في الأسلاك).

النواة هي في الأساس مجموعة كبيرة من الفولاذ الخاص الموجود لتوجيه المجال المغناطيسي. لكن هذا المجال يرتد داخل المعدن أيضًا، مما يولد الحرارة. إنه يعمل دائمًا طالما أن المحول متصل بالشبكة، وبالتالي تظل الخسارة ثابتة إلى حد ما-بغض النظر عما إذا كان منزلك يسحب القليل من العصير أو طنًا.

ما الذي يسبب في الواقع حرارة الخلفية الثابتة؟ اثنان من الجناة الكبار.

لا يمر المجال المغناطيسي المتغير بشكل مهذب عبر النواة فحسب-ولكنه يثير حلقات صغيرة دوامة من الكهرباء داخل المعدن، تسمىالتيارات الدوامية. إنهم يدورون ويدورون دون أي فائدة، فقط يقومون بتسخين الأشياء مثل دوائر كهربائية قصيرة.

في الماضي، كانت النواة الحديدية الصلبة تمثل كابوسًا لهذه-الدوامات الكبيرة التي تتشكل بسهولة وتضيع قدرًا كبيرًا من الطاقة. الإصلاح؟ قم بتقطيع القلب إلى -صفائح رقيقة جدًا من الفولاذ، كل منها مطلي بمادة عازلة (مثل الورنيش). قم بتكديسها مثل مجموعة أوراق اللعب بدلاً من لبنة واحدة صلبة. تمنع هذه الطبقات العازلة تشكل الحلقات الكبيرة. إنه اختراق بسيط وذكي-التصفيحيخفض خسائر التيار الدوامي ويجعل كل شيء يعمل بشكل أكثر برودة.

ثم هناك هذا الغريب الآخر. قد تلاحظ ضجيجًا منخفضًا حول المحولات الكبيرة-وهذا ليس مجرد ضوضاء عشوائية؛ إنه القلب الذي يهتز حرفيًا عند مستوى صغير.

يوجد داخل الفولاذ مليارات من "المجالات" المغناطيسية المجهرية (فكر في قطع المغناطيس الصغيرة). عندما ينطفئ المحول، فإنهم جميعًا يشيرون إلى كل اتجاه. لكن قم بتوصيل طاقة التيار المتردد، والمجال يجعلها تتحرك في اتجاه واحد، ثم تقلب الاتجاه الآخر 60 مرة في الثانية (أو 50، اعتمادًا على شبكتك).

هذا التقليب ليس بالأمر السهل. هناك سحب، مثل ثني مشبك الورق ذهابًا وإيابًا حتى يسخن من الضغط. تفقد كل رمية ذرة من الطاقة على شكل حرارة. هذافقدان التباطؤ. إن الهزهزة الجماعية لكل تلك المجالات التي تقلب هي ما تسمعه على أنه طنين.

يقوم المهندسون بترويض ذلك باستخدام الفولاذ السليكوني بدلاً من الحديد العادي-يعمل السيليكون على قلب النطاقات بسهولة أكبر، وسحب أقل، وحرارة أقل، وطنين أكثر هدوءًا. لا يمكنك محوها تمامًا، لكن هذه السبيكة تساعد كثيرًا.

حتى النواة الجيدة لا يمكنها احتجاز كل جزء من المجال المغناطيسي. يتسلل بعض التدفق إلى الخارج ويضرب الخزان أو البراغي أو المشابك، مما يؤدي إلى ظهور المزيد من التيارات الدوامية هناك. هذاخسارة طائشة-صغير، ولكنه موجود.

العزل ليس مثاليًا أيضًا. تستخدم المحولات الزيت والورق الخاص لمنع الأشياء من البيع على المكشوف. يضغط المجال الكهربائي القوي على تلك الجزيئات، مثل ثني البلاستيك مرارًا وتكرارًا-يسخن قليلاً. هذافقدان العزل الكهربائي، عادة صغيرة.

تعتبر هذه الإضافات صغيرة جدًا مقارنة بفقدان النحاس والنحاس، لكن المهندسين يبذلون جهدًا كبيرًا لكل واط لأن ملايين المحولات تعني أن هذه القطرات تتراكم.

كل هذه الخسائر تتلخص في دلوين:

خسائر مستمرة(معظمها مواد حديدية/أساسية)-موجود دائمًا، مثل تكلفة المحرك الخامل.

خسائر متغيرة(معظمها من النحاس)-تنفجر بتيار/حمل أكبر، مثل الضغط على دواسة الوقود.

ولأن خسائر النحاس تتناسب مع التيار (I²R)، فإنها تصعد بسرعة. لذا فإن المحول ليس أكثر كفاءة عند الانفجار الكامل. تصل كفاءة الذروة عادةً إلى حوالي 50-75% من الحمل، حيث يوازن استنزاف الخلفية الثابتة المتغير الصاعد بشكل جيد.

كيف يمكنك تحديد هذه الخسائر الخفية دون التخمين؟ اختباران كلاسيكيان:

افتح -اختبار الدائرة: قم بتشغيل الجهاز الأساسي، واترك الجهاز الثانوي مفصولاً. لا يوجد تيار تقريبًا في اللفات → فقدان النحاس بالقرب من الصفر. طاقة الإدخال تساوي بشكل أساسي الخسائر الأساسية (جزء الطنين الثابت).

اختبار الدائرة القصيرة-.: قم بتقصير المرحلة الثانوية، وقم بتطبيق جهد منخفض لدفع التيار المقنن. التدفق الأساسي صغير → الخسائر الأساسية لا تذكر. طاقة الإدخال ≈ كامل-فقدان النحاس في الحمل.

باستخدام هذين الرقمين، يمكنك التنبؤ بالسلوك عند أي حمل.

ربما كنت معتادًا على المرور بجوار تلك المحولات القطبية أو صناديق تركيب الوسادة الخضراء-وبالكاد تلاحظ ذلك. الآن؟ لقد فهمت-إنهم يعملون بجد، ويقومون بالإحماء لأن قطعة صغيرة من الطاقة تنزلق بعيدًا كحرارة.

من المؤكد أن المحطات الحديثة تحقق كفاءة تزيد عن 99%، ولكن فقدان 1% على مستوى البلاد يشبه تشغيل محطات طاقة إضافية فقط لإنتاج الحرارة المهدرة. ويغطي كل مشروع قانون بهدوء بعضًا من عدم الكفاءة غير المرئية.

لهذا السبب لا تتوقف ترقيات الشبكة أبدًا. في المرة القادمة التي تمر فيها بواحدة، ربما تعطيها إيماءة-فإنها جزء من هذه المعركة الضخمة والهادئة ضد الهدر، مما يجعل الأضواء مضاءة بشكل أكثر نظافة. رائع جدا عندما تفكر في ذلك.

اتصل الآن