变压器与国家电力网络:远非表面所见

Transformers 变压器 (不是汽车人或霸天虎那些变形金刚)是国家电力网络中的重要组成部分。它们可用于远距离相对安全且高效地传输电力。要了解变压器的工作原理,首先必须了解什么是功率。功率是电压乘以电流的乘积。举个简单的例子,假设电压为100伏、电流为2安,则功率为200瓦。如果将电压提高到400伏并将电流降低到0.5安,则功率仍然是200瓦。变压器由两个或多个线圈绕组构成,当电流通过时,它们会产生电磁场。第一个线圈(称为初级线圈)上产生的电磁场会在变压器的另一个线圈(称为次级线圈)上感应电荷。当次级线圈连接到负载(如你家住宅)时,它会在电源、变压器的初级和次级线圈之间创建电磁耦合,将电力传输到你家中,为各类电子设备供电。

在变压器中,电压和电流之间存在着反比关系。当其中一个增加时,另一个必定减少。国家电力网络使用变压器远距离传输高电压。但为什么我们不传输大电流呢?这是出于效率的考虑。当电流通过导线传输时,其中的一部分能量会以热的形式损失掉。这种功率实际上是一种损失。虽然可以传输大电流,但这种情况下所需的导线要比我们当前使用的更大且更绝缘。这就是变压器的作用所在。通过了解变压器中电压和电流的反比关系,我们可以通过导线传输损耗较低的高电压,而非电流。随后在靠近你家的电线杆上进行“升压”或“降压”。

假设要传输由200伏和10安组成的2千瓦的电力。在本例中我们使用了简单的数字并假设理想传输情况(即没有线路损耗),我们可以先使用20:1的升压变压器,将电压提高到4000伏,这将使电流降低到0.5安。接近目的地时,为我们可以使用1:20的降压变压器,将电压降低到200伏,并将电流提高到10安,这仍然可以得到所需的2千瓦电力,以便为电视和冰箱供电,这样我们就可以在周六的早晨一边看动画片一边享用美味的麦片了。