ट्रांसफार्मर का उद्देश्य क्या है?

अधिकांश लोगों ने शायद ट्रांसफॉर्मर के बारे में सुना है और वे जानते हैं कि वे कभी-कभी स्पष्ट अभी तक का हिस्सा हैं रहस्यमय पावर ग्रिड जो घरों, व्यवसायों और हर दूसरे स्थान पर बिजली पहुंचाती है जहां "रस" है आवश्यकता है। लेकिन विशिष्ट व्यक्ति विद्युत शक्ति वितरण के बारीक बिंदुओं को सीखने से कतराता है, शायद इसलिए कि पूरी प्रक्रिया खतरे में है। बच्चे छोटी उम्र से ही सीखते हैं कि बिजली बहुत खतरनाक हो सकती है, और हर कोई जानता है कि कोई भी बिजली कंपनी के तारों को एक अच्छे कारण के लिए पहुंच से बाहर (या कभी-कभी जमीन में दफन) रखा जाता है।

लेकिन पावर ग्रिड वास्तव में मानव इंजीनियरिंग की विजय है, जिसके बिना आज आप जिस सभ्यता में रहते हैं, उससे सभ्यता को पहचाना नहीं जा सकता। ट्रांसफार्मर उस बिंदु से बिजली के नियंत्रण और वितरण में एक प्रमुख तत्व है जिस पर यह घर, कार्यालय भवन या अन्य छोर में प्रवेश करने से ठीक पहले तक बिजली संयंत्रों में उत्पादित किया जाता है गंतव्य।

एक कृत्रिम झील बनाने के लिए लाखों गैलन पानी को रोके रखने वाले बांध के बारे में सोचें। क्योंकि इस झील को खिलाने वाली नदी हमेशा क्षेत्र में समान मात्रा में पानी नहीं ले जाती है, क्योंकि इसका पानी ऊपर की ओर बढ़ता है। कई क्षेत्रों में बर्फ पिघलने के बाद वसंत और गर्मियों में सूखने के समय में उतार, किसी भी प्रभावी और सुरक्षित बांध को उपकरणों से सुसज्जित किया जाना चाहिए जो पानी को तब तक बहने से रोकने की तुलना में पानी के बेहतर नियंत्रण की अनुमति देता है जब तक कि स्तर इतना अधिक न हो जाए कि पानी आसानी से फैल जाए इस पर। इसलिए बांधों में सभी प्रकार के स्लुइस गेट और अन्य तंत्र शामिल हैं जो यह निर्धारित करते हैं कि पानी कितना होगा अपस्ट्रीम पर पानी के दबाव की मात्रा से स्वतंत्र, बांध के नीचे की ओर से गुजरें पक्ष।

यह मोटे तौर पर एक ट्रांसफार्मर कैसे काम करता है, सिवाय इसके कि जो सामग्री बह रही है वह पानी नहीं बल्कि विद्युत प्रवाह है। ट्रांसफॉर्मर पावर ग्रिड में किसी भी बिंदु से बहने वाले वोल्टेज के स्तर में हेरफेर करने का काम करते हैं (नीचे बहुत विस्तार से वर्णित किया गया है) इस तरह से बुनियादी सुरक्षा के साथ ट्रांसमिशन की दक्षता को संतुलित करता है। जाहिर है, यह उपभोक्ताओं और बिजली संयंत्र के मालिकों दोनों के लिए आर्थिक और व्यावहारिक रूप से फायदेमंद है और बिजली के बिजली संयंत्र को छोड़ने और उसके घरों या अन्य तक पहुंचने के बीच बिजली के नुकसान को रोकने के लिए ग्रिड गंतव्य दूसरी ओर, यदि आपके घर में प्रवेश करने से पहले एक विशिष्ट उच्च-तनाव बिजली के तार के माध्यम से आने वाले वोल्टेज की मात्रा कम नहीं हुई, तो अराजकता और आपदा का परिणाम होगा।

वोल्टेज विद्युत संभावित अंतर का एक उपाय है। नामकरण भ्रामक हो सकता है क्योंकि कई छात्रों ने "संभावित ऊर्जा" शब्द सुना है, जिससे ऊर्जा के साथ वोल्टेज को भ्रमित करना आसान हो जाता है। वास्तव में, वोल्टेज विद्युत संभावित ऊर्जा प्रति यूनिट चार्ज, या जूल प्रति कूलम्ब (J/C) है। कूलम्ब भौतिकी में विद्युत आवेश की मानक इकाई है। एक एकल इलेक्ट्रॉन असाइन किया गया है -1.609 × 10^-19 कूलम्ब, जबकि एक प्रोटॉन परिमाण में बराबर लेकिन दिशा में विपरीत (यानी, एक सकारात्मक चार्ज) चार्ज करता है।

यहाँ मुख्य शब्द, वास्तव में, "अंतर" है। इलेक्ट्रॉनों के एक स्थान से दूसरे स्थान पर प्रवाहित होने का कारण दो संदर्भ बिंदुओं के बीच वोल्टेज में अंतर है। वोल्टेज उस कार्य की मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है जिसकी आवश्यकता होगी प्रति यूनिट शुल्क विद्युत क्षेत्र के विरुद्ध आवेश को पहले बिंदु से दूसरे बिंदु तक ले जाने के लिए। पैमाने की भावना हासिल करने के लिए, जान लें कि लंबी दूरी की ट्रांसमिशन तार आमतौर पर 155, 000 से 765, 000 वोल्ट तक चलती है, जबकि घर में प्रवेश करने वाला वोल्टेज आमतौर पर 240 वोल्ट होता है।

1880 के दशक में, विद्युत सेवा प्रदाताओं ने प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी) का उपयोग किया। यह देनदारियों से भरा था, जिसमें यह तथ्य भी शामिल था कि डीसी का उपयोग प्रकाश के लिए नहीं किया जा सकता था और यह बहुत खतरनाक था, जिसके लिए इन्सुलेशन की मोटी परतों की आवश्यकता होती थी। इस समय के दौरान, विलियम स्टेनली नाम के एक आविष्कारक ने इंडक्शन कॉइल का उत्पादन किया, जो एक उपकरण है जो अल्टरनेटिंग करंट (AC) बनाने में सक्षम है। जिस समय स्टेनली इस आविष्कार के साथ आए, भौतिकविदों को एसी की घटना और इसके फायदों के बारे में पता था बिजली की आपूर्ति के मामले में होगा, लेकिन कोई भी बड़े पैमाने पर एसी पहुंचाने के साधन के साथ नहीं आ पाया था पैमाना। स्टेनली का इंडक्शन कॉइल डिवाइस के भविष्य के सभी बदलावों के लिए एक टेम्पलेट के रूप में काम करेगा।

इलेक्ट्रीशियन के रूप में काम करने का फैसला करने से पहले स्टेनली लगभग एक वकील बन गए। पिट्सबर्ग जाने से पहले उन्होंने न्यूयॉर्क शहर में शुरुआत की, जहां उन्होंने अपने ट्रांसफार्मर पर काम करना शुरू किया। उन्होंने 1886 में ग्रेट बैरिंगटन, मैसाचुसेट्स के शहर में पहली नगरपालिका एसी बिजली व्यवस्था का निर्माण किया। सदी के अंत के बाद, उनकी बिजली कंपनी को जनरल इलेक्ट्रिक ने खरीद लिया।

एक ट्रांसफॉर्मर बिजली के तारों के माध्यम से यात्रा करने वाले वोल्टेज को बढ़ा (कदम बढ़ा सकता है) या घटा (कम) कर सकता है। यह उस तरीके के समान है जिसमें संचार प्रणाली मांग के आधार पर शरीर के कुछ हिस्सों में रक्त की आपूर्ति को बढ़ा या घटा सकती है। रक्त ("शक्ति") के बाद हृदय ("पावर प्लांट") छोड़ देता है, शाखा बिंदुओं की एक श्रृंखला तक पहुंचने के लिए, यह हवा में यात्रा कर सकता है ऊपरी शरीर के बजाय निचले शरीर को, और फिर बाएं के बजाय दाहिने पैर को, और फिर जांघ के बजाय बछड़े को, आदि। यह लक्ष्य अंगों और ऊतकों में रक्त वाहिकाओं के फैलाव या कसना द्वारा नियंत्रित होता है। जब बिजली संयंत्र में बिजली उत्पन्न होती है, तो ट्रांसफार्मर लंबी दूरी के संचरण के प्रयोजनों के लिए वोल्टेज को कुछ हजार से सैकड़ों हजारों तक बढ़ा देते हैं। जैसे ही ये तार बिजली सबस्टेशन नामक बिंदुओं तक पहुंचते हैं, ट्रांसफार्मर वोल्टेज को 10,000 वोल्ट से कम कर देते हैं। आपने अपनी यात्रा में शायद इन सबस्टेशनों और उनके मध्यवर्ती स्तर के ट्रांसफार्मर देखे होंगे; ट्रांसफार्मर आमतौर पर बक्से में रखे जाते हैं और सड़क के किनारे लगाए गए रेफ्रिजरेटर की तरह दिखते हैं।

जब बिजली इन स्टेशनों को छोड़ती है, जो वह आमतौर पर कई अलग-अलग दिशाओं में कर सकती है, तो यह उपखंडों, पड़ोस और व्यक्ति में अपने समापन बिंदु के करीब अन्य ट्रांसफार्मर का सामना करता है घरों। ये ट्रांसफार्मर वोल्टेज को १०,००० वोल्ट से २४० के आसपास तक कम कर देते हैं - लंबी दूरी के उच्च-तनाव वाले तारों में देखे जाने वाले विशिष्ट अधिकतम स्तरों की तुलना में १,००० गुना कम।

ट्रांसफॉर्मर, निश्चित रूप से, तथाकथित पावर ग्रिड का केवल एक घटक है, तारों की प्रणाली का नाम, स्विच और अन्य उपकरण जो बिजली उत्पन्न करते हैं, भेजते हैं और नियंत्रित करते हैं जहां से यह उत्पन्न होता है जहां से यह उत्पन्न होता है अंततः इस्तेमाल किया।

विद्युत शक्ति बनाने में पहला कदम जनरेटर के शाफ्ट को स्पिन करना है। 2018 तक, ज्यादातर यह कोयले, तेल या प्राकृतिक गैस जैसे जीवाश्म ईंधन के दहन में निकलने वाली भाप का उपयोग करके किया जाता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र और अन्य "स्वच्छ" ऊर्जा जनरेटर जैसे हाइड्रो प्लांट और पवनचक्की फार्म भी जनरेटर को चलाने के लिए आवश्यक ऊर्जा का दोहन या उत्पादन कर सकते हैं। जो भी हो, इन संयंत्रों से जो बिजली पैदा होती है उसे थ्री फेज पावर कहा जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ये एसी जनरेटर बिजली बनाते हैं जो न्यूनतम और अधिकतम सेट के बीच दोलन करती है वोल्टेज स्तर, और तीन चरणों में से प्रत्येक को इसके आगे और पीछे वाले से 120 डिग्री से ऑफसेट किया जाता है समय। (कल्पना कीजिए कि १२-मीटर की सड़क पर आगे-पीछे चलते हुए दो अन्य लोग भी ऐसा ही करते हैं, जिससे २४-मीटर का रास्ता बनता है राउंड ट्रिप, सिवाय इसके कि अन्य दो लोगों में से एक हमेशा आपसे 8 मीटर आगे है और दूसरा 8 मीटर पीछे है आप। कभी-कभी, आप में से दो एक दिशा में चल रहे होंगे, जबकि अन्य समय में आप में से दो दूसरी दिशा में चल रहे होंगे, आपकी गतिविधियों का योग अलग-अलग होगा, लेकिन एक पूर्वानुमेय तरीके से। यह शिथिल रूप से तीन-चरण एसी बिजली कैसे काम करती है।)

बिजली संयंत्र से निकलने से पहले, पहली बार ट्रांसफार्मर से उसका सामना होता है। यह एकमात्र बिंदु है जिस पर पावर ग्रिड में ट्रांसफार्मर वोल्टेज को कम करने के बजाय स्पष्ट रूप से बढ़ाते हैं। इस कदम की आवश्यकता है क्योंकि बिजली तब तीन के सेट में बड़ी ट्रांसमिशन लाइनों में प्रवेश करती है, प्रत्येक चरण की शक्ति के लिए एक, और इसमें से कुछ को 300 मील या उससे भी अधिक की यात्रा करनी पड़ सकती है।

कुछ बिंदु पर बिजली एक बिजली सबस्टेशन का सामना करती है, जहां ट्रांसफार्मर वोल्टेज को कम कर देते हैं a अधिक कम महत्वपूर्ण बिजली लाइनों के लिए उपयुक्त स्तर जो आप पड़ोस में देखते हैं या ग्रामीण इलाकों में चल रहे हैं राजमार्ग यह वह जगह है जहां बिजली वितरण का वितरण (ट्रांसमिशन के विपरीत) चरण होता है, क्योंकि लाइनें आमतौर पर बिजली छोड़ती हैं कई दिशाओं में सबस्टेशन, ठीक उसी तरह जैसे कई धमनियां एक प्रमुख रक्त वाहिका से कमोबेश एक जैसी होती हैं संगम।

बिजली सबस्टेशन से, बिजली पड़ोस में जाती है और व्यक्तिगत घरों में प्रवेश करने के लिए स्थानीय बिजली लाइनों (जो आमतौर पर "टेलीफोन पोल" पर होती है) को छोड़ देती है। छोटे ट्रांसफार्मर (जिनमें से कई छोटे धातु कचरे के डिब्बे की तरह दिखते हैं) वोल्टेज को लगभग 240 वोल्ट तक कम कर देते हैं ताकि यह आग या किसी अन्य गंभीर दुर्घटना के बड़े जोखिम के बिना घरों में प्रवेश कर सके।

ट्रांसफॉर्मर को न केवल वोल्टेज में हेरफेर करने का काम करने की आवश्यकता होती है, बल्कि उन्हें क्षति के लिए भी प्रतिरोधी होना पड़ता है, चाहे वह प्रकृति के कृत्यों जैसे कि आंधी या उद्देश्यपूर्ण मानव-इंजीनियर हमलों से हो। पावर ग्रिड को तत्वों या मानव उपद्रवियों की पहुंच से बाहर रखना संभव नहीं है, लेकिन वही, पावर ग्रिड आधुनिक जीवन के लिए बिल्कुल महत्वपूर्ण है। भेद्यता और आवश्यकता के इस संयोजन ने यू.एस. डिपार्टमेंट ऑफ़ होमलैंड सिक्योरिटी को लेने के लिए प्रेरित किया है अमेरिकी पावर ग्रिड में सबसे बड़े ट्रांसफार्मर में रुचि, जिसे बड़े पावर ट्रांसफार्मर कहा जाता है, या एलपीटी इन बड़े पैमाने पर ट्रांसफार्मर का कार्य, जो बिजली संयंत्रों के भीतर है और इसका वजन 100 से 400 टन हो सकता है और इसकी लागत लाखों millions हो सकती है डॉलर, रोजमर्रा की जिंदगी के रखरखाव के लिए आवश्यक है, क्योंकि एक की विफलता से व्यापक रूप से बिजली की कटौती हो सकती है क्षेत्र। ये ट्रांसफार्मर हैं जो बिजली के लंबी दूरी के उच्च-तनाव वाले तारों में प्रवेश करने से पहले नाटकीय रूप से वोल्टेज बढ़ाते हैं।

2012 तक, यू.एस. में एलपीटी की औसत आयु लगभग 40 वर्ष थी। आज के कुछ टॉप-एंड एक्स्ट्रा-हाई-वोल्टेज (ईएचवी) ट्रांसफॉर्मर 345,000 वोल्ट पर रेट किए गए हैं, और ट्रांसफॉर्मर की मांग दोनों में बढ़ रही है यू.एस. और विश्व स्तर पर, यू.एस. सरकार को मौजूदा एलपीटी को आवश्यकतानुसार बदलने और अपेक्षाकृत कम पर नए विकसित करने के तरीकों की तलाश करने के लिए मजबूर कर रहा है लागत।

एक ट्रांसफार्मर मूल रूप से एक बड़ा, चौकोर चुंबक होता है जिसके बीच में एक छेद होता है। ट्रांसफार्मर के चारों ओर कई बार लिपटे तारों के माध्यम से बिजली एक तरफ प्रवेश करती है, और विपरीत दिशा में तारों के माध्यम से ट्रांसफार्मर के चारों ओर कई बार लपेटती है। बिजली में प्रवेश करने से ट्रांसफार्मर में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है, जो बदले में अन्य तारों में एक विद्युत क्षेत्र को प्रेरित करता है, जो तब ट्रांसफार्मर से बिजली दूर ले जाता है।

भौतिकी के स्तर पर, एक ट्रांसफॉर्मर फैराडे के नियम का लाभ उठाकर काम करता है, जिसमें कहा गया है कि दो कॉइल का वोल्टेज अनुपात संबंधित कॉइल में घुमावों की संख्या के अनुपात के बराबर होता है। इस प्रकार यदि एक ट्रांसफॉर्मर में कम वोल्टेज की आवश्यकता होती है, तो दूसरी (आउटगोइंग) कॉइल में प्राथमिक (इनकमिंग) कॉइल की तुलना में कम टर्न होते हैं।