변압기의 목적은 무엇입니까?

대부분의 사람들은 아마도 변압기에 대해 들어 보았고 그들이 항상 분명하면서도 여전히 가정, 기업 및 "주스"가있는 다른 모든 장소에 전기를 공급하는 신비한 전력망 필요합니다. 그러나 일반적인 사람은 전체 프로세스가 위험에 빠진 것처럼 보이기 때문에 전력 공급의 세부 사항을 배우는 데 주저합니다. 아이들은 어린 나이부터 전기가 매우 위험 할 수 있다는 것을 배우고 모든 사람들은 전력 회사의 전선은 좋은 이유로 손이 닿지 않는 높이에 보관됩니다 (때로는 땅에 묻혀 있음).

그러나 전력망은 사실 인간 공학의 승리이며, 그 없이는 오늘날 당신이 살고있는 문명을 인식 할 수 없습니다. 변압기는 전기가 발생하는 지점에서 전기를 제어하고 전달하는 핵심 요소입니다. 집, 사무실 건물 또는 다른 끝으로 들어가기 직전까지 발전소에서 생산됩니다. 목적지.

인공 호수를 형성하기 위해 수백만 갤런의 물을 막고있는 댐을 생각해보십시오. 이 호수에 먹이를주는 강이 항상 같은 양의 물을이 지역으로 운반하는 것은 아니기 때문에 물이 상승하는 경향이 있기 때문입니다. 많은 지역에서 눈이 녹고 여름에는 건조한시기에 썰물 후 봄, 효과적이고 안전한 댐에는 장치가 장착되어야합니다. 수위가 너무 높아져 단순히 물이 쏟아 질 때까지 단순히 흐르는 것을 막는 것보다 물을 더 세밀하게 제어 할 수 있습니다. 그 위에. 따라서 댐에는 물의 양을 결정하는 모든 방식의 수문 및 기타 메커니즘이 포함됩니다. 상류의 수압에 관계없이 댐의 하류 측으로 통과 측면.

이것은 흐르는 물질이 물이 아니라 전류라는 점을 제외하고는 변압기의 대략적인 작동 방식입니다. 변압기는 기본 안전과 전송 효율성의 균형을 맞추는 방식으로 전력망의 모든 지점 (아래에서 자세히 설명)을 통해 흐르는 전압 수준을 조작하는 역할을합니다. 분명히 그것은 소비자와 발전소 소유주 모두에게 재정적으로 그리고 실질적으로 유리합니다. 전력이 발전소에서 나가는 것과 집 또는 다른 곳에 도달하는 사이의 전력 손실을 방지하기위한 그리드 목적지. 반면에 전형적인 고압 전선을 통해 흐르는 전압의 양이 집에 들어가기 전에 감소하지 않으면 혼란과 재난이 발생할 수 있습니다.

전압은 전위차의 척도입니다. 많은 학생들이 "잠재 에너지"라는 용어를 들었 기 때문에 명명법이 혼란 스러울 수 있으므로 전압과 에너지를 쉽게 혼동 할 수 있습니다. 실제로 전압은 단위 전 하당 전위 에너지 또는 쿨롱 당 줄 (J / C)입니다. 쿨롱은 물리학의 표준 전하 단위입니다. 단일 전자가 할당 됨 -1.609 × 10^-19 쿨롱, 양성자는 크기는 같지만 방향은 반대 인 전하 (즉, 양전하)를 운반합니다.

여기서 핵심 단어는 실제로 "차이"입니다. 전자가 한 곳에서 다른 곳으로 흐르는 이유는 두 기준점 사이의 전압 차이 때문입니다. 전압은 필요한 작업량을 나타냅니다. 단위 요금 당 전기장에 대한 전하를 첫 번째 지점에서 두 번째 지점으로 이동합니다. 규모 감각을 얻으려면 장거리 전송 와이어는 일반적으로 155,000 ~ 765,000V를 전달하는 반면 가정에 들어가는 전압은 일반적으로 240V입니다.

1880 년대에 전기 서비스 제공 업체는 직류 (DC)를 사용했습니다. 이것은 DC를 조명에 사용할 수없고 매우 위험하여 두꺼운 절연 층이 필요하다는 사실을 포함하여 많은 책임이있었습니다. 이 기간 동안 William Stanley라는 발명가가 교류 (AC)를 생성 할 수있는 장치 인 유도 코일을 생산했습니다. Stanley가이 발명품을 생각해 냈을 때 물리학 자들은 AC의 현상과 그 장점을 알고있었습니다. 전력 공급 측면에서 보았을 것입니다. 그러나 아무도 대규모에 AC를 공급하는 방법을 생각 해낼 수 없었습니다. 규모. Stanley의 유도 코일은 향후 장치의 모든 변형에 대한 템플릿 역할을 할 것입니다.

Stanley는 전기 기술자로 일하기로 결정하기 전에 거의 변호사가되었습니다. 그는 피츠버그로 이사하기 전에 뉴욕에서 시작하여 변압기 작업을 시작했습니다. 그는 1886 년 매사추세츠 주 그레이트 배 링턴 (Great Barrington) 마을에서 최초의 시립 AC 전력 시스템을 구축했습니다. 세기가 바뀌고 그의 전력 회사는 General Electric에 인수되었습니다.

변압기는 전선을 통해 이동하는 전압을 증가 (증가) 또는 감소 (감소) 할 수 있습니다. 이것은 순환계가 수요에 따라 신체의 특정 부분에 대한 혈액 공급을 증가 또는 감소시킬 수있는 방식과 느슨하게 유사합니다. 피 ( "힘")가 심장 ( "발전소")을 떠난 후 일련의 가지 지점에 도달하기 위해 상체 대신 하체, 왼쪽 대신 오른쪽 다리, 그리고 허벅지 대신 종아리로, 기타 이것은 표적 기관 및 조직의 혈관 확장 또는 수축에 의해 제어됩니다. 발전소에서 전기가 생성 될 때 변압기는 장거리 전송을 위해 전압을 수천에서 수십만까지 높입니다. 이러한 전선이 변전소라고하는 지점에 도달하면 변압기는 전압을 10,000V 미만으로 낮 춥니 다. 당신은 아마 당신의 여행에서 이러한 변전소와 그들의 중간 레벨 변압기를 보았을 것입니다. 변압기는 일반적으로 상자에 보관되며 길가에 설치된 냉장고와 비슷합니다.

전기가이 역을 떠날 때 일반적으로 여러 방향으로 할 수 있습니다. 세분, 이웃 및 개인에서 종점에 더 가까운 다른 변압기를 만납니다. 주택. 이 변압기는 장거리 고압 전선에서 볼 수있는 일반적인 최대 수준보다 1,000 배 이상 낮은 전압을 10,000V 미만에서 240 부근까지 감소시킵니다.

물론 변압기는 전선 시스템의 이름 인 소위 전력망의 한 구성 요소 일뿐입니다. 전기를 생산, 전송 및 제어하는 ​​스위치 및 기타 장치 궁극적으로 사용됩니다.

전력을 생성하는 첫 번째 단계는 발전기의 축을 회전시키는 것입니다. 2018 년 현재 대부분의 경우 석탄, 석유 또는 천연 가스와 같은 화석 연료의 연소시 방출되는 증기를 사용합니다. 원자력 발전소 및 수력 발전소 및 풍차 농장과 같은 기타 "청정"에너지 발전기도 발전기를 구동하는 데 필요한 에너지를 활용하거나 생산할 수 있습니다. 어떤 경우이든이 발전소에서 생성되는 전기를 3 상 전력이라고합니다. 이는 이러한 AC 발전기가 설정된 최소값과 최대 값 사이에서 진동하는 전기를 생성하기 때문입니다. 전압 레벨, 3 상 각각은 앞뒤의 위상에서 120도 오프셋됩니다. 시각. (12 미터 길이의 거리를 앞뒤로 걷고 다른 두 사람이 똑같이하면서 24 미터를 만든다고 상상해보십시오. 왕복 여행, 단 다른 두 사람 중 한 명은 항상 8m 앞에 있고 다른 한 명은 8m 뒤에 있습니다. 당신. 어떤 때는 두 사람이 한 방향으로 걷게 될 것이고, 다른 때는 두 사람이 다른 방향으로 걸어 가면서 움직임의 합을 달리하지만 예측 가능한 방식으로 걸을 것입니다. 이것은 대략 3 상 AC 전원이 작동하는 방식입니다.)

전기가 발전소를 떠나기 전에 처음으로 변압기를 만납니다. 이것은 전력망의 변압기가 전압을 낮추기보다 현저하게 부스트하는 유일한 지점입니다. 이 단계는 전기가 전력의 각 단계에 대해 하나씩 3 개의 세트로 큰 송전선로에 들어가고 일부는 최대 300 마일 정도까지 이동해야하기 때문에 필요합니다.

어느 시점에서 전기는 변압기가 전압을 동네에서 보거나 시골을 따라 달리는 더 낮은 키 전력선에 적합한 수준 고속도로. 이것은 선로가 일반적으로 전력을 나가기 때문에 전기 전달의 분배 단계가 발생하는 곳입니다 여러 방향의 변전소, 마치 주요 혈관에서 거의 동일하게 분기되는 여러 동맥처럼 접합.

변전소에서 전기는 이웃으로 전달되고 지역 전력선 (일반적으로 "전화 기둥"에 있음)을 떠나 개인 주택으로 들어갑니다. 더 작은 변압기 (대부분이 작은 금속 쓰레기통처럼 보임)는 전압을 약 240V로 줄여 화재 나 기타 심각한 사고를 일으킬 위험없이 집에 들어갈 수 있습니다.

변압기는 전압을 조작하는 작업을 수행 할뿐만 아니라 폭풍이나 의도적 인 인간 공학 공격과 같은 자연적 행위에 의한 손상에도 저항력이 있어야합니다. 전력망을 요소 나 인간의 악당의 손이 닿지 않는 곳에 두는 것은 불가능하지만 마찬가지로 전력망은 현대 생활에 절대적으로 중요합니다. 이러한 취약성과 필요성의 조합으로 인해 미국 국토 안보부는 미국 전력망에서 가장 큰 변압기 (대형 변압기라고 함)에 대한 관심 LPT. 발전소 내에 있으며 무게가 100 ~ 400 톤에 달하고 수백만 달러의 비용이들 수있는이 거대한 변압기의 기능은 단 하나의 고장은 광범위한 정전으로 이어질 수 있기 때문에 일상 생활의 유지에 필수적입니다. 지역. 이들은 전기가 장거리 고압 전선에 들어가기 전에 전압을 극적으로 높이는 변압기입니다.

2012 년 현재 미국에서 LPT의 평균 연령은 약 40 세였습니다. 오늘날 최고급 초고압 (EHV) 변압기 중 일부는 정격 345,000V이며 변압기에 대한 수요는 미국 및 전 세계적으로 미국 정부가 필요에 따라 기존 LPT를 대체하고 비교적 낮은 수준에서 새로운 LPT를 개발할 수있는 방법을 모색하도록 강요합니다. 비용.

변압기는 기본적으로 중간에 구멍이있는 크고 정사각형 자석입니다. 전기는 변압기를 여러 번 감싼 전선을 통해 한쪽으로 들어가고 변압기 주변을 여러 번 감싼 전선을 통해 반대편에 남습니다. 전기를 입력하면 변압기에 자기장이 유도되고, 이는 다른 전선에 전기장을 유도하여 변압기에서 전력을 전달합니다.

물리학 수준에서 변압기는 두 코일의 전압 비율이 각 코일의 권선 수 비율과 같다는 패러데이의 법칙을 활용하여 작동합니다. 따라서 변압기에서 감소 된 전압이 필요한 경우 두 번째 (나가는) 코일은 1 차 (수신) 코일보다 적은 권선을 포함합니다.