المحولات والطاقة: دليل التوزيع الأساسي

ربما تكون قد رأيتها دون أن تلاحظ - تلك الأسطوانات الرمادية المكتنزة المعلقة بهدوء على أعمدة خشبية، وتطن بهدوء مع نفسها. تبدو عادية جدًا، لكن هذه الصناديق المتواضعة هي الأبطال المجهولون لشبكة الكهرباء بأكملها.

إذا انطلقت الكهرباء الخام القادمة من الشبكة مباشرة إلى منزلك، فسيكون ذلك بمثابة إطلاق العنان لنهر جامح في غرفة المعيشة الخاصة بك. سيؤدي ذلك على الفور إلى احتراق التلفزيون والكمبيوتر والأضواء - تقريبًا وكل شيء متصل بالحائط. لحسن الحظ، تلك الصناديق المعدنية الموجودة على الأعمدة موجودةالمحولات الكهربائية. يمكنك اعتبارها بمثابة صمامات ضغط عملاقة للشبكة المحلية.

يتعين على محطات توليد الطاقة أن ترسل الكهرباء بجهد كهربائي عالي بشكل يبعث على السخرية حتى تتمكن من البقاء على قيد الحياة خلال الرحلة الطويلة عبر المدن أو حتى الولايات. لكن هذا النوع من الجهد شديد للغاية بالنسبة لمنزلك. يلتقط المحول الموجود في شارعك تدفق الجهد العالي-ويخفضه إلى مستوى آمن ولطيف يمكنك استخدامه فعليًا.

ما عليك سوى إلقاء نظرة على قطعة الطوب الصغيرة الضخمة الموجودة على شاحن هاتفك - فهي تؤدي نفس الوظيفة تمامًا، ولكن على نطاق مصغر. فهو يأخذ الطاقة من مقبس الحائط الخاص بك ويخفض الجهد مرة أخيرة حتى يتم شحن هاتفك بأمان بدلاً من الانطلاق.

ربما تكون الكهرباء التي تضيء غرفتك الآن قد قطعت مسافة 200 ميل من محطة توليد الكهرباء. تنتج الكهرباء الحرارة بشكل طبيعي عندما تتحرك، لذلك إذا حاولت المرافق دفعها إلى مستويات منزلية عادية على طول الطريق، فسيتم إهدار معظمها على شكل حرارة قبل وقت طويل من وصولها إلى حيك.

وإليك طريقة بسيطة لتصور ذلك: تخيل تدفق المياه عبر خرطوم حديقة.الجهد االكهربىهو مثل ضغط الماء، وحاضِرهو الحجم الفعلي للمياه المتحركة. اكتشف المهندسون أنه من خلال اللعب بهذا التوازن، يمكنهم تقليل فقدان الطاقة بشكل كبير.

ولهذا السبب تستخدم خطوط الكهرباء مثل هذا الجهد العالي. انهيار سريع:

تيار عالي + جهد منخفض=طن احتكاك وحرارة مهدرة.

تيار منخفض + جهد عالي للغاية=حرارة أقل بكثير وطريقة أكثر كفاءة للسفر لمسافات طويلة-.

النتيجة؟ يمكن للكهرباء عبور الولايات بأكملها مع الحفاظ على خطوط النقل من الحرارة الزائدة. بالطبع، أنت بالتأكيد لا تريد ظهور 500000 فولت عند باب منزلك الأمامي - حيث تتدخل المحولات كمخفضات الضغط الأساسية.

إليك الجزء الرائع: داخل هذا الصندوق الرمادي الطنان، لا يلامس سلك الجهد العالي-السلك الذي يؤدي إلى منزلك أبدًا. يبقون منفصلين تمامًا.

بدلاً من أن تكون متناثرة، يتم تجميعها في ملفين موضوعين جنبًا إلى جنب-مثل شريكين هامسين يميلان إلى الداخل. عندما تمر الكهرباء عبر الملف الأول، فإنها توقظ مجالًا مغناطيسيًا نابضًا، والذي يسحب بعد ذلك خيطًا سريًا من الكهرباء إلى الملف الثاني. بمعنى آخر، لا تزحف الطاقة عبر الفجوة-بل تقفز مثل الشرارة في الظلام، وتقفز في الفضاء من خلال الرابط المغناطيسي بينهما. إنها خدعة ذكية تعتمد على الحث المتبادل وقانون فاراداي للتحريض.

فكر في الأمر مثل شوكتين ضبطيتين في الغرفة. اضرب إحداهما، ويبدأ الآخر في الاهتزاز على الرغم من عدم لمسهما أبدًا. يعتبر التيار المتردد (AC) مثاليًا لهذا الغرض لأنه ينبض باستمرار، مما يؤدي إلى توسيع المجال المغناطيسي وانهياره. التيار المباشر (DC) لا يعمل جيدًا هنا - فهو يخلق مجالًا ثابتًا لا يمكنه دفع الطاقة عبر الفجوة.

تلك الصناديق الخضراء الثقيلة (أو الرمادية في بعض الأحيان) التي تراها على حافة المروج أو على الأعمدة هي شبكة الأمان النهائية للإلكترونيات في منزلك. تعمل محطات توليد الطاقة على دفع الكهرباء بقوة في جميع أنحاء البلاد باستخدامتصعيد-المحولات، بينما يحتاج حيك إلى تدفق أكثر لطفًا.تنحي-المحولاتافعل ذلك حتى لا ينفجر جهاز التلفزيون الخاص بك لحظة توصيله.

النظام بأكمله يعمل كفريق واحد. إليكم الرحلة النموذجية التي تستغرقها الكهرباء:

جيل: يتم توصيل الطاقة وترقيتها على الفور إلى جهد كهربائي عالي جدًا من أجل السفر لمسافات طويلة-.

الانتقال: يتسابق على طول أبراج معدنية طويلة عبر الريف.

محطة فرعية: منشأة كبيرة مسيجة تعمل على خفض الجهد الكهربائي إلى مستوى حي أكثر أمانًا.

التسليم المحلي: الصندوق الأخضر الموجود بالقرب من منزلك ينقله مرة أخيرة إلى الخزنة 120 فولت (أو 240 فولت) التي تستخدمها كل يوم.

يعتمد الانخفاض الدقيق على نسبة حلقات السلك (التي تسمى اللفات) في الملفين. المزيد من الحلقات على جانب الإدخال من الإخراج؟ يتم تقليل الجهد الكهربي بشكل متناسب - مثل تغيير التروس على الدراجة.

إذا كنت قد مررت بجوار عمود كهرباء في الليل، فمن المحتمل أنك سمعت صوت طنين منخفض وثابت. إنها ليست مروحة مكسورة - بل تسمىالتضيق المغناطيسي. التيار المتردد يجعل القلب المعدني داخل المحول يتمدد ويتقلص فيزيائيا، قطعة صغيرة قطعة صغيرة، 60 مرة في الثانية. هذا الاهتزاز يهز الهواء ويخلق الطنين المألوف.

كل هذا النشاط المغناطيسي يخلق أيضًاالتيارات الدوامية- حلقات صغيرة من الكهرباء داخل النواة والتي تهدر الطاقة وتتحول إلى حرارة. إذا لم يتم فحصه، يمكن أن يسخن المحول بشكل مفرط، بل ويذوب الأسلاك الخاصة به.

للحفاظ على برودة الأشياء، غالبًا ما يتم ملء المحولات الكبيرة بزيت معدني خاص يمتص الحرارة، بينما تعمل الزعانف المعدنية الموجودة في الخارج مثل المبرد، وتطلق الدفء في الهواء.

إن هذا "الطوب" المكتنز الموجود على شاحن هاتفك هو في الواقع نسخة مصغرة من نفس التقنية. نظرًا لأن الملفين الموجودين بالداخل لا يتلامسان جسديًا، فإنهما يخلقان ما يسميه المهندسونالعزلة الكلفانية. إذا كان هناك ارتفاع خطير في الطاقة على جانب الجدار، فإن الفجوة المغناطيسية تمنعها من القفز مباشرة إلى هاتفك - أو ما هو أسوأ من ذلك، إلى يديك.

يعد هذا العزل ميزة أمان رئيسية تحميك من الصدمات السيئة بقوة 120 فولت.

داخل كل من أجهزة الشحن الصغيرة ومحولات المرافق الكبيرة، يتم تصنيع الملفات من سلك معدني رفيع - عادة من النحاس أو الألومنيوم. يعتبر النحاس أفضل في حمل التيار في مساحة صغيرة ويتعامل مع الحرارة بشكل جيد، ولهذا السبب فهو شائع في أجهزة الشحن المدمجة. الألومنيوم أرخص وأخف وزنًا، لذلك غالبًا ما يتم استخدامه في تلك المحولات الأكبر حجمًا-المثبتة على الأعمدة حيث لا يمثل الحجم مشكلة كبيرة.

في المرة القادمة التي تخرج فيها للمشي، قم بإلقاء نظرة ثانية على كل تلك الأسلاك والأعمدة والصناديق الموجودة حول الحي الذي تسكن فيه. ما كان يبدو كتشابك عشوائي هو في الواقع نظام مصمم بعناية يترجم بهدوء الكهرباء الضخمة ذات الضغط العالي-إلى طاقة آمنة نستخدمها كل يوم.

تعمل هذه المحولات دون توقف، مما يؤدي إلى خفض الفولتية الخطرة حتى نتمكن من العيش بشكل مريح وآمن. قد لا تكون براقة، لكنها ضرورية للغاية.

فقط تذكر أن تحافظ على مسافة محترمة من صناديق المرافق هذه - فهناك قوة خطيرة تطن بداخلها.

اتصل الآن