ट्रांसफार्मर के संचालन को समझना
यहां समस्या यह है: जब बिजली मीलों लंबी तारों के माध्यम से लंबी दूरी तय करती है, तो ऊर्जा गर्मी के रूप में लीक हो जाती है। यह बहुत बड़ी बात है. इसलिए बिजली वितरण को कुशल बनाए रखने के लिए ट्रांसमिशन लाइनें बिजली को अत्यधिक उच्च "दबाव" (उच्च वोल्टेज) पर धकेलती हैं। लेकिन अगर आपने उस कच्ची, उच्च दबाव वाली बिजली को सीधे अपने घर में लाने की कोशिश की? यह आपके इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए खेल ख़त्म हो जाएगा।
एक ट्रांसफार्मर के बारे में एक कुशल अनुवादक की तरह सोचें। यह पावर ग्रिड से तेज़, उच्च वोल्टेज वाली "भाषा" लेता है और इसे कम वोल्टेज वाली "बोली" में बदल देता है जिसे आपका घर बिना किसी नाटक के संभाल सकता है। उन दो चरम सीमाओं को संतुलित करके, ट्रांसफार्मर चुपचाप इस तरह से रोशनी चालू रखते हैं कि ज्यादातर लोगों को कभी पता भी नहीं चलता।
अदृश्य पुल: कैसे चुंबकीय क्षेत्र बिना हिले भागों के बिजली स्थानांतरित करते हैं
शहरी ग्रिड में, बिजली कच्ची और उच्च वोल्टेज में आती है। लेकिन किसी तरह, आपका फ़ोन अभी भी सुरक्षित रूप से चार्ज हो जाता है, कोई यांत्रिक गियर नहीं, कोई गतिशील भाग नहीं, किनारों के बीच कोई भौतिक संबंध नहीं। यह लगभग जादू जैसा लगता है, लेकिन यह वास्तव में कुछ सरल और अजीब है: ऊर्जा को दोनों पक्षों को छुए बिना एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित किया जाता है।
बिजली और चुंबकत्व मूलतः एक ही सिक्के के दो पहलू हैं। जब किसी तार में करंट प्रवाहित होता है, तो यह स्वाभाविक रूप से उसके चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। यदि वह धारा आगे-पीछे चलती रहती है (स्थिर नहीं रहती), तो चुंबकीय क्षेत्र बढ़ता है और गुब्बारे की तरह अंदर-बाहर सांस लेते हुए ढह जाता है। वह बदलता क्षेत्र एक "अदृश्य पुल" बनाता है, जो दिखाता है कि कैसे चुंबकीय प्रभाव खाली हवा में ऊर्जा को स्थानांतरित कर सकते हैं।
अब कल्पना करें कि आप पहली कुंडली के ठीक बगल में दूसरी कुंडल रखते हैं। कुंडलियाँ करीब हैं, लेकिन फिर भी स्पर्श नहीं करतीं। जैसे ही चुंबकीय "तरंगें" फैलती हैं और फैलती हैं, वे दूसरी कुंडली से जुड़ जाती हैं। इंजीनियर इसे चुंबकीय प्रवाह लिंकेज कहते हैं। स्पष्ट शब्दों में, यह एक अदृश्य हाथ की तरह है जो दूसरे तार में इलेक्ट्रॉनों को गति देने के लिए प्रेरित कर रहा है।
यह पूरा प्रभाव फैराडे के प्रेरण के नियम द्वारा नियंत्रित होता है: जब चुंबकीय क्षेत्र बदलता है, तो यह पास के कंडक्टर में एक नई धारा उत्पन्न करता है। और वायर सेटअप में बदलाव करके, विशेष रूप से प्राथमिक और माध्यमिक पक्षों के बीच संबंध को बदलकर, इंजीनियर परिणामी वोल्टेज को नियंत्रित करते हैं।
दो -कॉइल डांस: प्राथमिक बनाम माध्यमिक कॉन्फ़िगरेशन को समझना
एक साधारण कोर से शुरुआत करें, अक्सर एक धातु की अंगूठी से। बायीं ओर को इनपुट तार से लपेटें (दप्राथमिककॉइल), और आउटपुट तार के साथ दाईं ओर लपेटें (द)।माध्यमिककुंडल)। भले ही कॉइल भौतिक रूप से जुड़े नहीं हैं, यह व्यवस्था ट्रांसफार्मर के तीन प्रमुख भाग बनाती है:
इनपुट:वह तार जो आने वाली विद्युत धारा को प्राप्त करता है
कोर:वह धात्विक भाग जो चुंबकीय ऊर्जा का मार्गदर्शन करता है
आउटपुट:वह तार जो हस्तांतरित शक्ति प्रदान करता है
जो चीज इसे काम करती है वह हैपारस्परिक प्रेरण-प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग के बीच एक प्रकार का टीम वर्क। चूँकि कुंडलियाँ कभी स्पर्श नहीं करतीं, प्राथमिक पक्ष एक प्रसारक की तरह व्यवहार करता है, एक चुंबकीय संकेत भेजता है। द्वितीयक पक्ष उस सिग्नल से जुड़े रिसीवर की तरह होता है। जब इनपुट कॉइल ऊर्जा के साथ स्पंदित होती है, तो आउटपुट कॉइल उस लय से मेल खाती हुई समाप्त हो जाती है, सिवाय इसके कि वोल्टेज स्तर डिज़ाइन पर निर्भर करता है।
और असली "गुप्त चटनी" तार के लूपों की गिनती करना है। बदलें कि प्राथमिक कुंडल में द्वितीयक कुंडल की तुलना में कितने मोड़ हैं, और आप वोल्टेज बदल देते हैं। यदि द्वितीयक कुंडल में कम लूप हैं, तो वोल्टेज गिर जाता है। यदि यह अधिक है, तो वोल्टेज बढ़ जाता है। वह अनुपात विद्युत "दबाव" को समायोजित करने का मुख्य तंत्र है।
दबाव बदलना: ट्रांसफॉर्मर कैसे ऊपर और नीचे कदम पर ऊर्जा बचाते हैं
बिजली एक बड़ी पाइपलाइन प्रणाली में पानी के दबाव की तरह व्यवहार करके बिना बिजली खोए आपके घर तक पहुंचने के लिए लंबी दूरी तय करती है। एक विस्तृत क्षेत्र में पानी ले जाने के लिए, आपको मजबूत दबाव की आवश्यकता होती है। विद्युत नेटवर्क कुछ ऐसा ही करते हैं:कदम-ऊपरऔरचरण-नीचेट्रांसफार्मर समायोज्य नोजल की तरह कार्य करते हैं।
विचार सीधा है: फिर से, यह मोड़ (तार लूप) पर आता है।
यदि माध्यमिक के पास हैअधिक लूपप्राथमिक से, वोल्टेजबढ़ता है(कदम-ऊपर).
यदि माध्यमिक के पास हैकम लूप, वोल्टेजकम हो जाती है(कदम-नीचे).
यह पूरे ग्रिड में वोल्टेज विनियमन को प्रभावित करता है। बिजली संयंत्रों में, बड़ेट्रांसफार्मर को ऊपर ले जाएंवोल्टेज को बढ़ावा दें ताकि बिजली लंबी ट्रांसमिशन लाइनों में कुशलतापूर्वक यात्रा कर सके। जब यह आपके क्षेत्र में पहुंचेगा.चरण-ट्रांसफार्मर नीचेअपने टीवी, फोन चार्जर, या लैपटॉप जैसे रोजमर्रा के उपकरणों के लिए उस उच्च वोल्टेज को सुरक्षित स्तर तक ले जाएं और कम करें।
हर बार जब आप अपना फ़ोन चार्ज करते हैं, तो आप इस चुंबकीय रिले दौड़ से लाभान्वित होते हैं। लेकिन एक और महत्वपूर्ण विवरण है: ट्रांसफार्मर को अपना काम करते रहने के लिए एक विशिष्ट प्रकार की विद्युत लय की आवश्यकता होती है। यदि बिजली एक स्थिर धारा की तरह स्थिर रूप से बहती है, तो चुंबकीय क्षेत्र बदलता नहीं रहता है और स्थानांतरण मूल रूप से रुक जाता है।
विगल क्यों मायने रखता है: कारण ट्रांसफार्मर को प्रत्यावर्ती धारा की आवश्यकता होती है
यदि आप बिजली बढ़ाने के लिए ट्रांसफार्मर को नियमित बैटरी से जोड़ने का प्रयास करते हैं, तो कुछ भी उपयोगी नहीं होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि बैटरियां प्रदान करती हैंप्रत्यक्ष धारा (डीसी)-धारा जो केवल एक ही दिशा में बहती है। यह एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो मूल रूप से स्थिर होता है, बिल्कुल शांत झील में पानी की तरह। यह "वहां बैठा रह सकता है", लेकिन यह सिस्टम को उस तरह से नहीं चलाएगा जिस तरह ट्रांसफार्मर को चाहिए।
ट्रांसफार्मर की आवश्यकता हैप्रत्यावर्ती धारा (एसी)क्योंकि एसी दिशा उलटता रहता है। वह उलटाव चुंबकीय क्षेत्र को लगातार विस्तारित और ढहने वाला बनाता है -चुंबकत्व की स्थिर "तरंगें" जो कुंडलियों के बीच ऊर्जा को आगे बढ़ाती हैं।
यहाँ सरल तुलना है:
एकदिश धारा बिजली:एक "जमा हुआ" चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। यह एक कुंडल में ऊर्जा संग्रहीत कर सकता है, लेकिन यह इसे अलग-अलग कुंडलियों में स्थानांतरित नहीं कर सकता है।
एसी पावर:एक श्वास लेने वाला चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। वह निरंतर गति इलेक्ट्रॉनों को पड़ोसी कुंडल में ले जाती है।
यही कारण है कि ट्रांसफार्मर बनाम प्रारंभ करनेवाला मायने रखता है। एकप्रारंभ करनेवालाआमतौर पर करंट को प्रबंधित करने और अस्थायी ऊर्जा बफर की तरह कार्य करने के लिए एक कॉइल का उपयोग किया जाता है। एट्रांसफार्मरदो अलग-अलग कॉइल का उपयोग करता है और बिना छुए अंतराल में बिजली साझा करने के लिए वैकल्पिक तरंगों पर निर्भर करता है। लेकिन वह निरंतर चुंबकीय गतिविधि ट्रांसफार्मर के अंदर गर्मी उत्पन्न करती है, जो अगले मुद्दे की ओर ले जाती है।
मामले का मूल: लेमिनेटेड आयरन के साथ ऊर्जा हानि को कम करना
यदि आप किसी भारी बक्से को बार-बार कालीन पर धकेलते हैं, तो घर्षण से चीजें गर्म हो जाती हैं। ट्रांसफॉर्मर में एक ऐसी ही समस्या होती है -अंदर एक अदृश्य प्रकार का घर्षण होता है।
चूंकि प्रत्यावर्ती धारा धातु कोर के माध्यम से बदलते चुंबकीय क्षेत्रों को चलाती रहती है, कोर कुछ ऊर्जा को अवशोषित करता है और गर्म हो जाता है। अनियंत्रित छोड़ दिए जाने पर, हीटिंग उपकरण को नुकसान पहुंचा सकता है। मुख्य कारण हैएड़ी धाराएं.
एड़ी धाराएँ छोटे भँवरों की तरह होती हैं जो चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन होने पर एक ठोस चालक के अंदर बनते हैं। ठोस लोहे के कोर में, स्थानांतरित चुंबकीय क्षेत्र गलती से परिसंचारी सूक्ष्म धाराओं को प्रेरित करता है {{2}ऊर्जा अंतहीन लूपों में फंस जाती है, जिससे बिजली को वहां भेजने के बजाय गर्मी के रूप में बर्बाद किया जाता है जहां इसे जाना चाहिए।
इंजीनियरों ने ठोस धातु कोर को छोड़कर और स्विच करके इसे कम कर दियालेमिनेटेड लौह कोर. इन्हें सैकड़ों अत्यंत पतली धातु की चादरों से बनाया गया है जो एक साथ खड़ी हैं और एक दूसरे से पृथक हैं। परतें सूक्ष्म बाड़ की तरह काम करती हैं, उन लूपिंग भंवर वर्तमान पथों को तोड़ती हैं, जबकि मुख्य चुंबकीय क्षेत्र को प्रभावी ढंग से गुजरने की अनुमति देती हैं।
इसलिए ट्रांसफार्मर के अंदर ऊर्जा जलाने के बजाय, चुंबकीय प्रक्रिया कुशल बनी रहती है-और आपकी बिजली कम अपशिष्ट के साथ घर तक पहुंचती है।
ग्रिड के संरक्षक: कूलिंग सिस्टम और गैल्वेनिक अलगाव
वे गुनगुनाते हुए धातु के बक्से सिर्फ वोल्टेज को ऊपर और नीचे करने के लिए नहीं हैं, बल्कि वे ग्रिड के लिए सुरक्षा और विश्वसनीयता उपकरण भी हैं।
क्योंकि बिजली ट्रांसफार्मर विशाल ऊर्जा स्तर को संभालते हैं, वे बहुत अधिक गर्मी उत्पन्न करते हैं। शीतलन प्रणालियों में अक्सर बाहरी धातु पंख शामिल होते हैं जो गर्मी को बाहर की ओर विकीर्ण करते हैं, जिससे ट्रांसफार्मर के भारी भार के तहत चलने पर सब कुछ स्थिर और सुरक्षित रखने में मदद मिलती है।
ट्रांसफार्मर एक आवश्यक सुरक्षा सुविधा भी प्रदान करते हैं:विद्युत अपघटन. चूँकि आंतरिक कुंडलियाँ कभी भी भौतिक रूप से स्पर्श नहीं करतीं, इसलिए उच्च {{1}वोल्टेज पक्ष और निम्न वोल्टेज पक्ष के बीच एक सख्त विद्युत पृथक्करण होता है। वह अंतर खतरनाक उच्च वोल्टेज को मानक आउटलेट तक पहुंचने से रोकने में मदद करता है। इसलिए जब आप किसी उपकरण को प्लग इन करते हैं, तो वह अदृश्य बाधा आपके उपकरण को लगातार सुरक्षित रखते हुए वास्तविक कार्य कर रही होती है।
और ईमानदारी से कहें तो, 19वीं सदी का यह आविष्कार अभी भी हमारी 21वीं सदी की दुनिया को शक्ति प्रदान करता है। यह आधुनिक विद्युत प्रणालियों के लिए एक व्यावहारिक खाका बना हुआ है, जिससे ग्रिड को तेजी से चलाने में मदद मिलती है99% दक्षताविशाल औद्योगिक सुविधाओं से लेकर आपकी जेब में मौजूद छोटे स्क्रीन तक सुरक्षित रूप से बिजली पहुंचाते हुए।
