אנשים שלא מכירים חשמלאי אולי לא יודעים למה מיועד שנאי ואיך הוא נראה. תפקידו של מכשיר זה להתקדמות טכנולוגית יכול להיחשב לאחד הפחות מוערכים, אם כי הודות להמצאתו, האנושות זכתה לגישה רחבה לחשמל. במשך יותר מ-100 שנים של אבולוציה, שנאים הפכו למרכיבי מפתח לא רק של מערכות אנרגיה, אלא גם של מגוון רחב של מכשירים אלקטרוניים.
תוֹכֶן
- עקרון הפעולה והסוגים
- הובלת חשמל
- ממירי מתח במעגלי חשמל
עקרון הפעולה והסוגים
שנאי הוא מכשיר חשמלי שנועד להעביר חשמל AC ממעגל אחד למשנהו תוך שמירה על התדר המקורי. הבסיס לעיצוב שלו הוא ליבה פרומגנטית עם פיתולי תיל מרובים. מתח הכניסה מחובר למה שנקרא סלילה ראשונית, ומתח המוצא מוסר מהמשני.
זרם החילופין בסליל הראשוני משרה שטף מגנטי לסירוגין, הממוקם בליבה ומשנה את כיוונו במהלך כל מחזור חשמלי. זה גם משרה זרם חילופין בכל אחת מהפיתולים המשניים.
סוגי השנאים השונים מסווגים לפי עיצובם, סוג אספקת החשמל, הקירור וכדומה. פרטים נוספים:
-
לפי מטרות. כאן מבחינים בין שני סוגים עיקריים - מתח מדרגה וירידה. ישנם גם שנאי בידוד שתפקידם לבודד מעגלים באופן גלווני מבלי לשנות את הפרמטרים. - לפי סוג המזון. הבחנה בין חד פאזי לתלת פאזי. שלושה חד פאזיים נפרדים, המחוברים במעגל חשמלי משותף, יכולים לעבוד כתלת פאזיים.
- דרך הקירור. הם מחולקים לטבעי וכפוי, אוויר ושמן.
רוב השנאים בעולם הם מכשירים חד פאזיים מקוררי אוויר ומפחיתי מתח. אבל המאסיביים והחזקים שבהם פועלים רק כדי להגביר את המתח.
הובלת חשמל
גנרטורים של תחנות כוח מייצרים חשמל עד לעשרות קילו-וולט. בתיאוריה, ניתן להעביר אותו לצרכנים ללא שינוי. אבל עם עלייה בכוח המקור ובמרחק התחבורה, גדלות גם בעיות ההפסדים לחוטי חימום. בערכים מסוימים, העברת האנרגיה עצמה עלולה לאבד כל משמעות. יש רק שתי דרכים לצמצם הפסדים:
- הפחתת ההתנגדות של החוטים;
- עלייה במתח החשמל המועבר.
השיטה הראשונה מיושמת על ידי הגדלת שטח החתך של החוטים. הדבר יקר ביותר וקשה מבחינה טכנית, שכן הדבר כרוך לא רק בהתייקרות ובמשקל של הקווים עצמם, אלא גם בחיזוק המבנים המחזיקים אותם. למרחקים ארוכים זה פשוט לא משתלם מבחינה כלכלית, אם לא לא ריאלי.
במקרה השני, לפי חוק אוהם, עם ירידה בעוצמת הזרם, ההפסדים יורדים ביחס לריבוע של עוצמת הזרם. זה מאוד אטרקטיבי מבחינת הפחתת עלויות ההון לבנייה ותחזוקה של מערכת הולכת החשמל. העלאת המתח ובמקביל הפחתת הזרם בהספק קבוע - לכן יש צורך בשנאים במקרה זה.
מכיוון שלא ניתן להפיץ חשמל במתח גבוה ישירות לצרכנים, הוא מובא לפרמטרים הרצויים באמצעות שנאים מטה. לפיכך, העברת האנרגיה אינה שלמה ללא טרנספורמציה מקדימה ואחריה, לכן, ללא שנאי כוח, העברת חשמל למרחקים ארוכים בעולם המודרני בלתי אפשרי.
ממירי מתח במעגלי חשמל
רשתות חשמל ביתיות סטנדרטיות במונחים של מתח ותדירות זרם חילופין, אך התקנים המחוברים אליה עשויים להזדקק לפרמטרי הספק שונים לחלוטין. לדוגמה, מעבדים ורכיבי אלקטרוניקה פועלים רק על מעגלי DC במתח נמוך. על מנת שהרבגוניות של המקור לא תהווה מכשול להפעלת הציוד, המכשירים המחוברים מצוידים בממירי מתח מובנים או חיצוניים המבוססים על שנאים.
ספקי כוח ליניאריים או קונבנציונליים משתמשים בשנאי כוח. הם מעולים בטיפול בעומסי עבודה כבדים, אבל יש כמה חסרונות:
- ממדים גדולים בשל תדר הרשת 50 הרץ. זה משפיע על משקל ספקי הכוח, למשל, עם מתח מוצא של 16 וולט, נדרשים כ-0.5 ק"ג מסה לכל אמפר של זרם מוצא.
- הפסדי חשמל גדולים יחסית לחום וכתוצאה מכך יעילות נמוכה.
- צריכה ניכרת במהירות סרק.
בשל הליקויים המפורטים, הם הוחלפו על ידי ממירי דופק במטענים ובטכנולוגיית מחשבים. בספקי כוח דומים חשמל נכנס לשנאי דרך מסנן ומעגל אלקטרוני בצורת זרם בתדירות גבוהה מאוד. כתוצאה מכך, יעילות העברת הכוח גדלה באופן דרמטי. לפיכך, ספקי כוח הפועלים על פי עיקרון זה קטנים וקלים בהרבה מאלה המסורתיים בעלי אותו הספק.
אבל אם נשווה בין שנאי כוח לממירי כוח מיתוג, אז הראשונים הם מקור קטן יותר של הפרעות אלקטרומגנטיות, במיוחד בטווח התדרים הגבוהים. תכונה זו חשובה לשימוש בטכנולוגיית אודיופיל, ציוד מעבדה וציוד רדיו.
המרת חשמל להעברתו מיצרן למכשירים צורכים היא תחום מאוד רחב, אך רחוק מלהיות תחום היישום היחיד של שנאים. מגוון עצום של מכשירים אלה ניתן למצוא במקומות הכי לא סבירים - מפיקאפ ומיקרופון ועד למכונת ריתוך ומכשירי מדידה רבי עוצמה. וכממיר מתח רשת, שנאים מקיפים אדם בכל מקום.
