電力変圧器について: 電磁誘導と電圧 - ニュース

Key Transformer Parts: Essential Components Guide

あなたはおそらく、電柱の上にずっとある灰色の金属の缶や、誰かの家の裏庭で音を立てている濃い緑色の箱に気付かずに、何百万回もその前を通り過ぎたことがあるでしょう。{0}}それらを無視するのは非常に簡単ですが、もしそれがなかったら、トースターを接続すると、本当に望まない花火大会になってしまう可能性があります。これらは変圧器であり、基本的には工場から供給される非常に高出力の電力と、冷蔵庫や携帯電話に実際に必要な安全なものとの間の変換器のような役割を果たします。-

発電所は通常、私たちが住んでいる場所から数百マイル離れたところにあるため、エンジニアは「熱問題」と呼ばれる大きな頭痛の種を抱えています。ワイヤーには抵抗があります - 滑り台の摩擦のようなものだと考えてください。通常の家庭用電圧 (120V など) をそのまま送ろうとすると、ほとんどのエネルギーは家に届く前に無駄な熱になってしまいます。プー、-がいなくなった。

そのため、送電網は賢くなり、電気をパイプの中の水のように扱います。電圧は圧力、電流は実際に流れる量です。電力をすべて失わずに遠くまで押し上げるために、電圧を大幅に上げます - 場合によっては数十万ボルトにも達します。これは庭のホースの代わりに消防用ホースを使用するようなものです。高圧により長距離でも作業が完了します。しかし、同じ異常な圧力がかかると、ラップトップや照明がすぐに壊れてしまいます。そこで変圧器が登場します。- 変圧器は、太い電線から危険な「消防ホース」を取り出し、ご家庭で処理できる穏やかな「庭のホース」の流れに変えます。そして最もクールな部分は何でしょうか？これらすべてを可動部品なしで実行します。

yawei transformer

10{0}}マイル-の長さのホースで庭に水をまくところを想像してみてください。水が終わりに達するまでに、摩擦によって圧力がほとんどすべて奪われてしまい、基本的に何も得られなくなります。電気も同じ問題を抱えています。電線は電子と戦います (これが抵抗です)。通常の電圧を長距離に送信すると、そのほとんどは熱として燃え尽きるだけです。

この修正には、ちょっとしたトレードオフが伴います。-エンジニアは、電流 (実際の電子の流れ) が熱のほとんどを発生させることに気づきました。そのため、電圧を超高くブーストし、同じ総電力を供給しながら電流を大幅に下げることができます。それはシーソーのようなもので、私たち全員にとって、電圧が高く、電流が低く、熱が少なく、電気料金が安くなります。{4}。

巨大な鉄塔には最大 50 万ボルトの電圧がかかるのはこのためです。これらは基本的に、高圧で交通量の少ない電力用の高速道路です。-もちろん、そのような電圧が壁のコンセントから出てくるのは望ましくないので、電圧が家に届く前に変圧器によって降圧されます。

ここで驚くべきことが-あります。変圧器の内部では、高圧線と低圧線が実際には接触することはありません。-その必要はありません。 1830 年代のマイケルファラデーの発見のおかげで、電気と磁気は基本的に同じコインの表裏の関係にあります。

ワイヤーに電流を流すと、ワイヤーの周りに目に見えない竜巻のような渦巻く磁場が発生します。池に石を投げると考えてください。- 石が波紋を作り、近くに浮かんでいる葉を触れずに動かします。ここではまさにそれが起こっています。

変圧器には、大きな鉄心に巻かれた 2 つの別々のコイルがあります。

電気は最初のコイル (一次コイルと呼ばれます) に流れ込みます。

それによって磁場が発生し、急速に成長しては消滅します。

移動する磁場が 2 番目のコイル (二次コイル) に到達して電子を押し込み、まったく新しい電流を生成します。

これを相互誘導といいます。エネルギーをある回路から別の回路にワイヤレスでジャンプさせます。また、各コイルに持つループの数を変更することで、エンジニアは必要に応じて電圧を上げたり下げたりすることができます。かなり滑らかですよね？

working principle of transformer

1 つを割って開けると (もちろん安全です)、驚くほど簡単です。- 銅線の 2 本のスプールと重い鉄板の束だけです。一次巻線は電力が入る場所であり、二次巻線は電力が出る場所です。鉄心は主役です。鉄心は磁場を捉え、ほとんど損失なく他のコイルに直接注ぎます。コアがなければ、磁気は空中に消えてしまうだけです。

ワイヤーのループ数が多いほど効果は強くなります。 2 つのコイル間の巻き数を変更し、ブーム - で電圧を制御します。さらに増やすと、2 番目の=ステップアップが有効になります。- =ステップ-ターンダウンが少なくなります。

自転車のギアをシフトするのとよく似ています。一次側の巻数が二次側よりも少ない場合、電圧は昇圧されます -。これは昇圧変圧器（発電所で使用されます）です。-。一次側の巻数がはるかに多い場合、- 降圧変圧器 (電柱や充電器に表示されるもの) の電圧が低下します。

巻数比は何が起こるかを正確に示します。二次側のターンが半分ですか？電圧が半分になってしまいます。そして、エネルギー保存のおかげで、電圧が上昇すると、電流は減少します（逆も同様です）。これは、ホースの端に親指を置くと圧力が高くなりますが、出てくる水の量は減ります。{3}

変圧器を通常のバッテリー（DC）に接続しても、何も役に立ちません - ワイヤーが熱くなり、バッテリーが切れるだけです。変圧器は常に変化する磁場に依存しているため、交流 (AC) が必要です。 AC は 1 秒間に 60 回方向を反転し、磁界をポンピングし続け、コイル間でエネルギーをジャンプさせます。

DC は安定していて一方向であるため、磁場は最初の瞬間の後、そこに留まります。-動きも誘導もありません。それが、私たちのグリッド全体が AC で動作する理由です - これが電圧を上げたり下げたりする唯一の簡単な方法です。

鉄心には大きな弱点が 1 つあります - 電気も通します。パルス磁場は鉄の内部に渦巻く「渦電流」を発生させようとし、エネルギーを熱として浪費します（場合によっては全体を溶かすほどの量）。

解決策は？鉄を極薄のシートにスライスし、それぞれに断熱材をコーティングして積み重ねます。{0}磁気はまだうまく伝わりますが、渦電流は分解されます。また、1 秒間に 60 回発生する小さな磁気反転によるヒステリシス損失もあり、内部摩擦と熱が増加します。

大きな変圧器は特殊なオイルのタンク内に設置されており、ラジエーターのようにすべてを冷却し、断熱効果を高めます。この組み合わせが、これらのものが何十年も続くことができる理由です。

水力ダムでは、おそらく 20,000 ボルトの電力が供給されます。巨大な昇圧変圧器により最大 230,000 ボルト以上まで昇圧されるため、電力をあまり損失することなく長距離を移動できます。

街の端では、変電所の変圧器によって電圧が約 13,000 ボルトに下がります。次に、電柱の上の灰色の缶 (または庭の緑色の箱) が家の電圧を 120/240 ボルトに下げます。最後に、携帯電話の充電器は再び 5 ボルトまたは 12 ボルトに降圧します。

その電気は画面に届くまでに4～5回「衣装」を変えます。考えてみるとかなりワイルドです。

これらのボックスは数千ボルトを保持する必要があるため、強力な絶縁体と上部のリブ付きセラミックビットを使用して、電気が予期せぬ場所に飛び込むのを防ぎます。熱は遅めの敵です - 重い荷物や暑い夏は温度を上げすぎてオイルを劣化させる可能性があります。

断熱材が最終的に破損すると、時々大きなドーンという音が聞こえ（タンク内で小さな落雷のような音）、近所の一部が真っ暗になります。通常、リス、稲妻、または過負荷が疑われます。それでも、基本的なデザインは 100 年以上ほとんど変わっていません。それは、機能が非常に優れているからです。

次回、あのブンブン音を立てている箱を見かけたら、少し敬意を払ってみましょう。電気と磁気の間の「目に見えないハンドシェイク」を使用して、非常にクールな物理学を静かに実行しています -。これにより、現代世界が安全かつ効率的に運営され続けます。

AI データセンターや再生可能エネルギーからの今日の異常な需要によって変圧器の入手が困難になっているにもかかわらず、中心となるアイデアは依然として、私たちが 1 世紀以上にわたって使用してきた同じエレガントなトリックです。グリッドは単なるワイヤーではありません -。家を爆破することなく携帯電話を充電できるように、静かにエネルギーを変換する一連の磁気歯車です。