Transformatoren: Spannungs- / Stromkompensation

Als Kind betrachtete ich Rudolph das Rentier mit seiner hellen Nase als ein Wunder der Technik. Jetzt, wo ich erwachsen bin, bin ich immer noch verwirrt über das Geheimnis hinter der selbst erzeugten Energiequelle hinter seiner Nase. Hast du jemals überhitzt? Ich habe mich gewundert. Vielleicht kann die heutige Diskussion etwas Licht ins Dunkel bringen.

Im Verlauf unserer Diskussion über Elektrizität wurden bestimmte Begriffe wie Spannung und Strom verwendet. Für einige mag die Unterscheidung zwischen den beiden nicht klar sein, und das werden wir heute ansprechen.

Elektrizität ist ein ziemlich abstraktes Phänomen, aber Sie können den Stromfluss durch einen Draht als sehr ähnlich wie Wasser betrachten, das durch einen Gartenschlauch fließt. Wasser fließt nur, wenn genügend Druck dahinter steckt und dieser Druck von Pumpen entweder in Ihrem städtischen Wasserwerk oder an Ihrem persönlichen Brunnen geliefert wird. Nehmen Sie den Druck ab und das Wasser fließt nicht mehr durch den Schlauch.

Strom fließt genauso. Es erfordert einen Druck, um Sie auf Ihre Reise vom Kraftwerk zum Haus zu bringen, und dieser Druck ist Spannung. Entfernen Sie die Spannung und der Strom fließt nicht mehr durch das Kabel. Die Spannung wird natürlich von einem elektrischen Generator im Kraftwerk erzeugt.

Das letzte Mal haben wir gesehen, wie ein elektrischer Transformator Hochspannung auf Niederspannung reduzieren kann und wie dieser Prozess auch umgekehrt funktioniert. Aber wie kann das sein? Wie kann man eine niedrige Spannung in eine hohe umwandeln? Ist es wirklich möglich, “etwas aus dem Nichts” herauszuholen? Lass uns genauer hinschauen.

Wenn eine Glühbirne in Ihrem Haus durchbrennt, sehen Sie häufig auf die Glühbirne, um festzustellen, wie viele Watt sie benötigt, um sie durch eine Glühbirne des gleichen Typs zu ersetzen. Aber was genau ist ein “Watt”? Es ist eine Leistungseinheit und die Markierungen auf der Glühbirne geben an, wie viel elektrische Energie sie verbraucht, wenn Sie sie verwenden. Im Allgemeinen wird diese elektrische Leistung nach dieser Formel mit Spannung und Strom in Beziehung gesetzt:

Leistung = Volt × elektrischer Strom

Wenn ich eine 60-Watt-Glühbirne in einer Tischlampe habe und sie an eine 120-Volt-Steckdose anschließe, wie viel elektrischen Strom wird die Lampe dann aus der Steckdose ziehen? Mit der obigen Formel und ein bisschen Algebra erhalten wir:

Elektrischer Strom = Leistung ÷ Volt

Elektrischer Strom = 60 Watt ÷ 120 Volt = 0,5 Ampere

Und ob Sie es glauben oder nicht, dieselbe Formel, mit der die Leistung einer Glühbirne bewertet wird, gilt auch für elektrische Transformatoren. Grundsätzlich ist die Energie, die in den Transformator fließt, gleich der Energie, die ausgeht.

Um zu sehen, wie dies funktioniert, betrachten Sie das in Abbildung 1 gezeigte Beispiel für einen Aufwärtstransformator, der eine niedrige Spannung in eine höhere umwandelt. Übrigens haben “Aufwärtstransformatoren” alle Arten von Anwendungen. Energieversorger verwenden sie beispielsweise, um die von einem Kraftwerk erzeugte Spannung zu erhöhen, damit es wirtschaftlicher ist, sie an entfernte Kunden zu übertragen. Wir werden in einem anderen Artikel darauf eingehen.

Abbildung 1 – Ein Aufwärtstransformator

In diesem Beispiel wird die Eingangsspannung an der Primärspule von 120 Volt auf 480 Volt an der Sekundärspule erhöht. Dies funktioniert gemäß der Formel, die wir im Blog der letzten Woche gelernt haben:

NordenP. ÷ N.S. = V.P. ÷ V.S.

woP. und N.S. sind die Anzahl der Drahtwindungen in der Primär- bzw. Sekundärwicklung und V.P. und V.S. sind die Spannungen der Primär- bzw. Sekundärspule. Verbinden der Nummern, die wir erhalten:

50 Windungen ÷ 200 Windungen = 120 Volt ÷ V.S.

[(200 turns ÷ 50 turns) × 120 volts] = V.S. = 480 Volt

Okay, für unser Beispiel nehmen wir an, ein Elektromotor ist an die 480-Volt-Sekundärspule angeschlossen. Wir haben einen Stromzähler an die Primärspule angeschlossen und messen einen elektrischen Strom von 2 Ampere (auch als “Ampere” bekannt), der durch diese fließt. Wie können wir messen, wie viel elektrischer Strom durch die Sekundärspule fließt, ohne den Vorteil eines anderen Stromzählers auf der Sekundärspule zu haben? Der durch die Sekundärspule fließende Strom wird durch Ausgleich der Leistung in der Primär- und Sekundärspule ermittelt:

LeistungP. = LeistungS.

Eine andere Möglichkeit, dies zu sagen, besteht darin, zu sagen, dass die elektrische Leistung gleich Volt pro Strom ist. Die Gleichung lautet also:

V.P. × I.P. = V.S. × I.S.

woP. und ichS. sind die Primär- bzw. Sekundärspulenströme. Wenn wir die Zahlen verbinden und etwas Algebra machen, erhalten wir den elektrischen Strom in der Sekundärspule:

120 Volt × 2 Ampere = 480 Volt × I.S.

ichS. = (120 Volt × 2 Ampere) ÷ 480 Volt = 0,5 Ampere

Dies zeigt uns, dass der in der Sekundärspule fließende Strom geringer ist als der der Primärspule. Daher ist es offensichtlich, dass der Spannungsanstieg in der Sekundärspule auf Kosten des elektrischen Stroms erfolgt, der durch die Sekundärspule fließen kann. Den Strom festziehen, die Spannung steigt an. Ziehen Sie die Spannung an, der Strom steigt an. Die Energie, die durch den Transformator fließt, bleibt gleich.

Im Gegensatz dazu senken Abwärtstransformatoren die Eingangsspannung und erzeugen so den umgekehrten Effekt. Es gibt einen realen Anstieg des Stroms, der durch die Sekundärspule fließen kann. Dieses Prinzip veranschaulicht den Vergütungsprozess, der in Wissenschaft und Technik häufig vorhanden ist.

Das nächste Mal werden wir untersuchen, wie Energieversorger Aufwärts- und Abwärtstransformatoren verwenden, um Strom von Kraftwerken an ihre an Versorgungsunternehmen angeschlossenen Kunden zu übertragen. Rudolph und seine Stromquelle werden noch untersucht.

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