Как снижается ток при увеличении напряжения при передаче электроэнергии переменного тока

120Идея состоит в том, что для разных напряжений используется разная нагрузка. В качестве простого примера:

• на 120 В: лампочка 120 В / 120 Вт имеет сопротивление 120 Ом (в горячем состоянии) и потребляет 1 ампер.
• на 240 В: лампочка на 240 В / 120 Вт имеет сопротивление 480 Ом (в горячем состоянии) и потребляет 1/2 ампера.

В обоих случаях нагрузка составляет 120 Вт, но удваивая напряжение, мы получаем 1/2 тока, что позволяет использовать провода меньшего размера.

Точно так же мы могли бы начать с 240 В 1/2 А, поместить его в трансформатор 2: 1 и получить 120 В 1 А для лампочки на 120 В. Для участка передачи 240 В мы можем уменьшить сечение провода из-за меньшего тока. Теперь увеличьте это до линий электропередачи 10 кВ, входящих в жилую проводку 120/240 В.

Напряжение переменного тока повышается или понижается с помощью трансформаторов, а трансформаторы передают мощность (напряжение, умноженное на ток), а не напряжение или ток.

Если у меня есть 120-вольтовый нагреватель мощностью 1200 Вт, он будет потреблять 10 ампер. Если местное распределительное напряжение энергетической компании составляет 12 000 вольт, они будут использовать понижающий трансформатор 100:1, чтобы подать мне 120 вольт. Этот трансформатор понизит ток 10 А, который мне нужен, с коэффициентом 100:1, поэтому на их стороне трансформатора есть только 0,1 А, а 0,1 А, умноженные на 12 000 вольт, по-прежнему составляют 1200 Вт. (Настоящие трансформаторы не обладают КПД на 100%, поэтому энергетической компании, возможно, придется поставлять 1250 Вт, а не 1200 Вт, которые требуются для идеального трансформатора.)

Мощность есть произведение напряжения и силы тока:

$P = IE$

Удвойте напряжение и вдвое уменьшите ток, а мощность останется прежней. Или удвойте ток и вдвое уменьшите напряжение. Мы можем обменять напряжение на ток или ток на напряжение и не нарушить закон сохранения энергии, потому что мощность остается неизменной до тех пор, пока произведение$IE$остается постоянным.

Это может иметь более интуитивный смысл, если вы думаете о механической энергии, а не об электрической энергии. Мощность также является произведением силы и скорости:

$P = Fv$

Вы можете поднять что-то тяжелое с помощью рычага, но вам придется двигать рычаг быстрее, если вы хотите поднять такой же объем груза за то же время. Или, вы можете сдвинуть что-то далеко с помощью рычага, но вам придется нажать сильнее.

Закон Ома не нарушается, потому что трансформатор также преобразует полное сопротивление, как рычаг может преобразовывать кажущийся вес чего-либо. Трансформаторы , используемые в системе распределения переменного тока, представляют собой электрические рычаги с таким чистым эффектом :

Регулируя соотношение витков трансформаторов между силовой установкой и электрической нагрузкой, мы можем перемещать точку опоры этого рычага в любом направлении. Изоляция дешевле, чем проводники, поэтому мы размещаем точку опоры рядом с электростанцией, чтобы минимизировать затраты.