एक ट्रांसफार्मर में विभिन्न प्रकार की ऊर्जा हानियाँ
क्या आप जानते हैं कि ठंड के दिनों में जब आप अपने हाथों को आपस में रगड़ते हैं तो वे कैसे गर्म हो जाते हैं? वह घर्षण है जो गति को गर्मी में बदल देता है। ट्रांसफार्मर के अंदर भी कुछ ऐसा ही होता है। बिजली को उन तांबे के कॉइल के माध्यम से अपना रास्ता बनाना पड़ता है, और यह विद्युत घर्षण जैसे प्रतिरोध में चला जाता है। जो गर्मी और उछाल को बाहर धकेलता है, वह ऊर्जा है जो कभी भी आपकी रोशनी या उपकरणों तक नहीं पहुंचती है। इंजीनियर बस इसे कहते हैंतांबे की हानि(ज्यादातर इसलिए क्योंकि, हाँ, तार आमतौर पर तांबे के होते हैं)।
और यह स्थिर नहीं है. यह इस बात पर निर्भर करता है कि ट्रांसफार्मर वास्तव में कितना काम कर रहा है। क्या आपने कभी महसूस किया है कि जब आपका फोन चार्जर तेजी से चार्ज हो रहा होता है या बिना कुछ किए ही प्लग इन हो जाता है तो वह काफी गर्म कैसे हो जाता है? समान डील -उच्च धारा का अर्थ है बहुत अधिक "घर्षण", और अधिक बर्बाद गर्मी। निचली पंक्ति: मांग बढ़ जाती है, और वे वाइंडिंग तेजी से गर्म हो जाती हैं।
डिज़ाइनर एक स्पष्ट समाधान के साथ जवाबी कार्रवाई करते हैं: मोटे तार। इसे सड़क को चौड़ा करने के रूप में सोचें ताकि ट्रैफ़िक उतना जाम न हो। निश्चित रूप से, यह ट्रांसफार्मर को बड़ा और महंगा बनाता है, लेकिन आंकड़े बताते हैं कि यह उस चीज़ के लिए उपयुक्त है जो ठंडा चलता है, लंबे समय तक चलता है, और कम बर्बाद होता है। यह ईमानदारी से यह जानने का शुरुआती बिंदु है कि हमारी पूरी बिजली व्यवस्था 100% सही क्यों नहीं है।
पृष्ठभूमि नाली: लौह हानियाँ (उर्फ कोर हानियाँ)
उपयोग के साथ तांबे का नुकसान होता रहता है और चला जाता है, लेकिन एक और नुकसान है जो हमेशा दूर होता रहता है, भले ही कुछ भी प्लग न किया गया हो। लाल बत्ती पर खड़ी एक कार की कल्पना करें, इंजन निष्क्रिय है, फिर भी गैस निकल रही है। ट्रांसफॉर्मर भी यही काम करते हैं-वे सिर्फ "जागृत" और तैयार रहने के लिए थोड़ी सी बिजली खर्च करते हैं। हम इसे कहते हैंनहीं-भार हानियालोहे की हानि(चूँकि यह कोर में होता है, तारों में नहीं)।
कोर मूल रूप से विशेष स्टील का यह बड़ा ढेर है जो चुंबकीय क्षेत्र का मार्गदर्शन करने के लिए है। लेकिन वह क्षेत्र धातु के अंदर भी उछलता है, जिससे गर्मी पैदा होती है। यह हमेशा तब तक चालू रहता है जब तक ट्रांसफार्मर ग्रिड से जुड़ा रहता है, इसलिए नुकसान काफी हद तक स्थिर रहता है, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि आपका घर थोड़ा सा पानी खींच रहा है या बहुत अधिक।
वास्तव में उस स्थिर पृष्ठभूमि ताप का कारण क्या है? दो बड़े अपराधी.
वे कष्टप्रद छोटे भंवर: एड़ी के वर्तमान नुकसान
बदलता चुंबकीय क्षेत्र न केवल विनम्रतापूर्वक कोर से होकर गुजरता है, बल्कि यह धातु के अंदर बिजली के छोटे-छोटे घूमते चक्रों को उत्तेजित करता है, जिसे कहा जाता हैएड़ी धाराएं. वे गोल-गोल घूमते रहते हैं और कुछ भी उपयोगी नहीं करते, बस मिनी शॉर्ट सर्किट की तरह चीजों को गर्म करते हैं।
पुराने समय में, एक ठोस लोहे का कोर एक दुःस्वप्न था, इसके लिए बड़े-बड़े भंवर आसानी से बन जाते थे और बहुत सारी ऊर्जा बर्बाद हो जाती थी। समाधान? कोर को स्टील की अत्यधिक पतली शीट में काटें, प्रत्येक इन्सुलेशन (वार्निश की तरह) से लेपित हो। उन्हें एक ठोस ईंट के बजाय ताश के पत्तों की तरह ढेर करें। वे इन्सुलेशन परतें बड़े लूपों को बनने से रोकती हैं। यह बहुत सरल, स्मार्ट हैक है-फाड़नाभंवर धारा हानियों को काफी हद तक कम कर देता है और सब कुछ ठंडा कर देता है।
लगातार फ़्लिपिंग: हिस्टैरिसीस हानि (और वह हम आप सुनते हैं)
फिर यह एक और अजीब बात है। आपको बड़े ट्रांसफार्मरों के आसपास धीमी आवाज सुनाई दे सकती है-यह सिर्फ यादृच्छिक शोर नहीं है; यह वस्तुतः एक छोटे स्तर पर कंपन करने वाला कोर है।
स्टील के अंदर, अरबों सूक्ष्म चुंबकीय "डोमेन" हैं (किशोर बार मैग्नेट के बारे में सोचें)। जब ट्रांसफार्मर बंद होता है, तो वे सभी किसी भी ओर इशारा कर रहे होते हैं। लेकिन एसी पावर प्लग इन करें, और फ़ील्ड उन्हें एक दिशा में स्नैप कराती है, फिर दूसरी दिशा में फ़्लिप करती है - एक सेकंड में 60 बार (या आपके ग्रिड के आधार पर 50)।
वह फ़्लिपिंग सरल नहीं है। इसमें खिंचाव होता है, जैसे किसी पेपरक्लिप को तब तक आगे-पीछे झुकाना जब तक वह तनाव से गर्म न हो जाए। प्रत्येक फ्लिप ऊष्मा के रूप में ऊर्जा का एक अंश खो देती है। वह हैहिस्टैरिसीस हानि. उन सभी डोमेन फ़्लिपिंग की सामूहिक झनझनाहट को आप गुंजन के रूप में सुनते हैं।
इंजीनियरों ने सादे लोहे के बजाय सिलिकॉन स्टील का उपयोग करके इसे नियंत्रित किया है। सिलिकॉन डोमेन को अधिक आसानी से फ़्लिप करता है, कम खींचता है, कम गर्मी देता है और शांत गुंजन देता है। आप इसे पूरी तरह से मिटा नहीं सकते, लेकिन यह मिश्र धातु इसमें बहुत मदद करती है।
मामूली लीक: भटका हुआ और ढांकता हुआ नुकसान
यहां तक कि एक अच्छा कोर भी चुंबकीय क्षेत्र के हर टुकड़े को फंसा नहीं सकता है। कुछ फ्लक्स चुपचाप बाहर निकलते हैं और टैंक, बोल्ट या क्लैंप से टकराते हैं, जिससे वहां और अधिक भंवर धाराएं उत्पन्न हो जाती हैं। वह हैछिटपुट हानि-छोटा, लेकिन यह वहां है।
इन्सुलेशन भी सही नहीं है. चीजों को छोटा होने से बचाने के लिए ट्रांसफार्मर तेल और विशेष कागज का उपयोग करते हैं। मजबूत विद्युत क्षेत्र उन अणुओं पर दबाव डालता है, जैसे प्लास्टिक को बार-बार मोड़ने से यह थोड़ा गर्म हो जाता है। वह हैढांकता हुआ नुकसान, आमतौर पर छोटा।
कोर और तांबे के नुकसान की तुलना में ये अतिरिक्त छोटे आलू हैं, लेकिन इंजीनियरों को हर वाट पसीना बहाना पड़ता है क्योंकि लाखों ट्रांसफार्मर का मतलब है कि ये बूंदें जुड़ती हैं।
त्वरित तुलना तालिका: मुख्य हानि प्रकार
| हानि का प्रकार | यह कहाँ होता है | स्थिर या परिवर्तनशील? | पर निर्भर करता है | मुख्य कारण | इसे कैसे कम करें | विशिष्ट शेयर |
|---|---|---|---|---|---|---|
| तांबे का नुकसान | वाइंडिंग्स (कुंडलियाँ) | चर | लोड करंट (I²R) | तांबे के तारों में प्रतिरोध | मोटे तार, बेहतर कंडक्टर | पूर्ण भार पर सबसे बड़ा |
| हिस्टैरिसीस हानि | मुख्य | स्थिर | वोल्टेज, आवृत्ति, कोर सामग्री | चुंबकीय डोमेन फ़्लिपिंग लैग | सिलिकॉन स्टील, कम प्रवाह घनत्व | मुख्य घाटे का हिस्सा |
| एड़ी धारा हानि | मुख्य | स्थिर | वोल्टेज, आवृत्ति, लेमिनेशन मोटाई | प्रेरित घूमती हुई धाराएँ | पतले लेमिनेशन, उच्च {{0}प्रतिरोधकता वाला स्टील | मुख्य घाटे का हिस्सा |
| भटका हुआ नुकसान | टैंक, क्लैंप, आदि। | अधिकतर स्थिर | रिसाव प्रवाह | चुंबकीय क्षेत्र उत्प्रेरण धाराओं से बच गए | बेहतर परिरक्षण, डिज़ाइन रिक्ति | छोटा |
| ढांकता हुआ नुकसान | इन्सुलेशन (तेल/कागज) | स्थिर | विद्युत क्षेत्र की ताकत | इन्सुलेटर में आणविक तनाव | बेहतर इन्सुलेशन सामग्री | बहुत छोटे से |
स्थिरांक बनाम परिवर्तनशील: दक्षता के लिए लोड क्यों मायने रखता है
ये सभी नुकसान दो बाल्टी तक कम हो जाते हैं:
लगातार घाटा(ज्यादातर लौह/कोर सामान) -हमेशा वहाँ, जैसे निष्क्रिय इंजन की लागत।
परिवर्तनशील घाटा(ज्यादातर तांबा) - अधिक करंट/लोड के साथ विस्फोट होता है, जैसे गैस पेडल को फर्श करना।
क्योंकि तांबे की हानि धारा (I²R) के साथ वर्गाकार होती है, वे तेजी से चढ़ते हैं। इसलिए पूर्ण विस्फोट के समय ट्रांसफार्मर सर्वाधिक कुशल नहीं होता है। चरम दक्षता आमतौर पर लगभग 50-75% लोड तक पहुंचती है, जहां निश्चित पृष्ठभूमि नाली बढ़ते चर को अच्छी तरह से संतुलित करती है।
इंजीनियर वास्तव में इस चीज़ को कैसे मापते हैं
बिना अनुमान लगाए आप इन छिपे हुए नुकसानों का पता कैसे लगा सकते हैं? दो क्लासिक परीक्षण:
सर्किट परीक्षण खोलें: प्राइमरी को पावर दें, सेकेंडरी को डिस्कनेक्ट रहने दें। वाइंडिंग्स में लगभग कोई करंट नहीं → तांबे की हानि शून्य के करीब। इनपुट पावर मूल रूप से कोर लॉस (निरंतर गुनगुना भाग) के बराबर होती है।
लघु-सर्किट परीक्षण: सेकेंडरी को छोटा करें, रेटेड करंट को पुश करने के लिए कम वोल्टेज लागू करें। कोर फ्लक्स छोटा है → कोर हानि नगण्य है। इनपुट पावर ≈ पूर्ण - लोड तांबे का नुकसान।
उन दो संख्याओं के साथ, आप किसी भी भार पर व्यवहार की भविष्यवाणी कर सकते हैं।
वास्तविक दुनिया में 1% भी क्यों मायने रखता है?
आप शायद उन पोल ट्रांसफार्मरों या हरे पैड माउंट बक्सों के पास से गुजरते होंगे और बमुश्किल ध्यान देते होंगे। अब? आप समझ गए हैं कि वे कड़ी मेहनत कर रहे हैं, गुनगुना रहे हैं और गर्म हो रहे हैं क्योंकि ऊर्जा का एक टुकड़ा गर्मी के रूप में उड़ जाता है।
निश्चित रूप से, आधुनिक लोग 99% से अधिक दक्षता हासिल करते हैं, लेकिन देश भर में 1% की हानि सिर्फ अपशिष्ट ताप पैदा करने के लिए अतिरिक्त बिजली संयंत्रों को बिजली देने के समान है। प्रत्येक बिल उस अदृश्य अक्षमता के कुछ अंश को चुपचाप ढक देता है।
इसीलिए ग्रिड अपग्रेड कभी नहीं रुकता। अगली बार जब आप किसी के पास से गुजरें, तो शायद उसे सिर हिला दें। यह कचरे के खिलाफ इस विशाल, शांत लड़ाई का हिस्सा है, जिससे हमारी रोशनी थोड़ी अधिक साफ-सुथरी रहेगी। जब आप इसके बारे में सोचते हैं तो बहुत अच्छा लगता है।
