Fakta menarik mengenai transformer

Setiap peranti teknikal mempunyai dua hari lahir: penemuan prinsip operasi dan pelaksanaannya. Idea pengubah selepas tujuh tahun kerja keras mengenai "transformasi magnetisme ke dalam elektrik" telah diberikan oleh Michael Faraday.

Pada 29 Ogos 1831, Faraday menerangkan di dalam buku hariannya sebuah eksperimen yang kemudiannya memasuki semua buku teks fizik. Pada cincin besi dengan garis pusat 15 cm dan ketebalan 2 cm, penguji luka secara berasingan dua wayar dengan panjang 15 m dan 18 m Apabila arus mengalir di sepanjang salah satu belitan, tangan galvanometer pada pengapit yang lain dibelokkan!

Saintis memanggil peranti mudah "Gegelung induksi". Apabila bateri dihidupkan, arus (tidak perlu dikatakan, tetap) secara beransur-ansur meningkat dalam penggulungan utama. Fluks magnet didorong dalam cincin besi, magnitud yang juga berubah-ubah. Voltan muncul dalam penggulungan sekunder. Sebaik sahaja fluks magnet mencapai nilai had, arus "sekunder" hilang.

DUntuk gegelung berfungsi, sumber kuasa mesti dihidupkan dan dimatikan sepanjang masa (secara manual - dengan suis pisau atau mekanikal - dengan suis).

Faraday Experience Illustration

Faraday Induction Coil

Pkekal atau pembolehubah?

Dari cincin Faraday ke pengubah semasa adalah jauh, dan sains kemudian mengumpul data yang diperlukan pada serbuk. Henry Amerika membalut wayar dengan benang sutera - penebat dilahirkan.

Foucault dari Perancis cuba memutarkan bar besi dalam medan magnet - dan terkejut: mereka sedang memanas. Ahli sains difahami sebabnya - arus yang dihasilkan dalam medan magnet yang berselang-seli. Untuk mengehadkan laluan eddy arus Foucault, Upton, seorang pekerja Edison, mencadangkan menjadikan teras besi pasang siap - dari helaian berasingan.

Pada tahun 1872, Profesor Stoletov menjalankan kajian asas mengenai magnetisasi besi lembut, dan sedikit kemudian, Inggeris Ewing menyampaikan laporan kepada Royal Society tentang kehilangan tenaga semasa pembalikan magnetisasi keluli.

Besarnya kerugian ini, yang disebut "histeresis" (dari perkataan Yunani "sejarah"), benar-benar bergantung pada sampel "masa lalu". Bijian logam - domain, seperti bunga matahari di belakang matahari, berputar selepas medan magnet dan berorientasikan di sepanjang garis daya. Kerja yang dibelanjakan dalam keadaan ini menjadi panas. Ia bergantung kepada bagaimana - lemah atau kuat - dan ke arah mana domain diarahkan.

Maklumat mengenai sifat magnetik dan konduktif terkumpul secara beransur-ansur sehingga kuantiti berubah menjadi kualiti. Jurutera elektrik dari semasa ke semasa memberikan kejutan kepada dunia, tetapi peristiwa utama dalam sejarah transformer sepatutnya dianggap sebagai peristiwa yang menjadikan dunia pada tahun 1876 menjadi kagum terhadap Rusia.

Sebabnya ialah Yablochkova lilin. Dalam "lampu", arka terbakar di antara dua elektrod sejajar. Pada arus malar, satu elektrod dibakar lebih cepat, dan ahli sains terus mencari jalan keluar.

Akhirnya, dia memutuskan, setelah mencuba pelbagai cara, menggunakan arus bergantian, dan lihatlah! - Haus elektrod telah menjadi seragam. Tindakan Yablochkov benar-benar berani, kerana pada tahun-tahun itu terdapat perjuangan sengit antara peminat lampu elektrik dan pemilik syarikat gas. Tetapi bukan sahaja itu: penyokong kuasa sendiri, sebaliknya, sebulat suara menentang AC.

Mereka menerima arus bergantian, tetapi hanya sedikit yang memahami apa itu. Akhbar dan majalah menerbitkan artikel panjang yang mengancam bahaya arus bergantian: "bukanlah kuantitas yang membunuh, tetapi perubahannya." Jurutera elektrik terkenal Chikolev menyatakan: "Semua mesin dengan arus bolak mesti diganti dengan mesin dengan arus langsung."

Tidak kurang pakar pakar Lachinov secara umum menyalahkan Yablochkova, kerana "arus langsung adalah baik sekali, dan arus bolak-balik hanya boleh bersinar.""Kenapa para puan - penganut lilin (lilin arka Yablochkov) tidak cuba serius menggunakan arus langsung kepada mereka; kerana dengan ini dan hanya ini mereka dapat memberikan masa depan cahaya lilin, "tulisnya.

Tidak hairanlah di bawah tekanan ini, Yablochkov akhirnya melemparkan lilinnya, tetapi, sebagai tambahan kepada "pemulihan" sebahagian daripada arus bolak-balik, dia berjaya membuka "wajah" sebenar gegelung induksi. Lilinnya, yang terhubung secara bersiri, sangat muram. Sebaik sahaja satu lampu-sama ada sebab keluar, semua orang keluar dengan serta-merta.

Yablochkov disambung secara siri dan bukannya "lampu" lilitan utama gegelung. Pada menengah, dia "menanam" lilin. Tingkah laku setiap "lampu" tidak mempengaruhi pekerjaan orang lain.

Benar, gegelung induksi reka bentuk Yablochkov berbeza (dan tidak lebih baik) dari orang-orang Faraday - teras mereka tidak menutup cincin. Tetapi hakikat bahawa gegelung geganti semasa bekerja secara berterusan, dan tidak secara berkala (apabila litar itu dimatikan atau dimatikan), membawa kemasyhuran dunia pencipta Rusia.

Enam tahun kemudian, Usagin, seorang penyelidik perubatan MSU, telah mengembangkan (atau merumuskan) idea Yablochkov. Usagin menyambungkan peranti elektrik yang berlainan (bukan hanya lilin) ​​kepada gegelung output gegelung, yang mana ia dipanggil "penjana menengah".

Gulungan Yablochkov dan Usagin agak berbeza dari satu sama lain. Bercakap dalam bahasa moden, pengubah Yablochkova meningkatkan voltan: dalam penggulungan menengah terdapat lebih banyak lilitan dawai nipis daripada pada primer.

Pengubah usagin mengasingkan: bilangan lilitan dalam kedua-dua lilitan adalah sama (3000), serta tegangan input dan output (500 V).

KALENDAR TARIKH PENTING

Gegelung induksi Yablochkov dan "penjana menengah" Usagin mula memperoleh ciri-ciri yang kami tahu hari ini dengan kelajuan hebat transformer.

1884 - saudara-saudara Hopkinson menutup terasnya.

Sebelum ini, fluks magnet bergerak melalui bar keluli, dan sebahagiannya dari tiang utara ke selatan - melalui udara. Rintangan udara adalah 8 ribu kali lebih besar daripada besi. Untuk mendapatkan voltan yang ketara pada penggulungan sekunder hanya mungkin untuk arus besar yang melalui banyak belokan. Sekiranya teras dibuat menjadi cincin atau bingkai, maka rintangan dikurangkan kepada minimum.

Transformer tahun 1880-an Berus korporat cahaya elektrik

1885 - Hungarian Dery mendapat idea untuk menghidupkan transformer selari. Sebelum ini, semua orang menggunakan sambungan siri.

1886 - Hopkinsons lagi. Mereka belajar bagaimana mengira litar magnet mengikut hukum Ohm. Pada mulanya, mereka terpaksa membuktikan bahawa proses dalam litar elektrik dan magnet dapat digambarkan oleh rumus yang sama.

1889 - Swinburne Sweden mencadangkan penyejukan teras dan pengalir transformator dengan minyak mineral, yang pada masa yang sama memainkan peranan penebat. Idea Swinburne ini telah dibangunkan: teras magnet magnet dengan belitan diturunkan ke dalam tangki besar, tangki ditutup dengan tudung dan selepas pengeringan, pemanasan, pemindahan, mengisi dengan nitrogen lengai dan operasi lain, minyak dicurahkan ke dalamnya.

Transformer - akhir 19 - awal abad ke-20 (England)

4000 kVA pengubah (England) - permulaan 20 sen.

Toki. Sehingga 150 ribu a. Ini adalah arus yang memakan relau untuk logam lebur bukan lebur. Dalam kemalangan, lonjakan semasa mencapai 300-500 ribu a. (Kapasiti pengubah pada relau besar mencapai 180 MW, voltan utama ialah 6-35 kV, pada relau berkuasa tinggi sehingga 110 kV, 50-300V sekunder, dan dalam relau moden sehingga 1200 V.)

Kerugian. Sebahagian daripada tenaga hilang dalam lilitan, sebahagian - untuk pemanasan teras (arus eddy dalam besi dan kehilangan histerisis). Perubahan pantas elektrik dan magnet nole dalam masa (50 Hz - 50 kali sesaat) menjadikan molekul atau caj dalam mengasingkan diri secara berbeza: tenaga diserap oleh minyak, silinder bakelite, kertas, kadbod, dll. d.

Pam untuk mengepam minyak panas pengubah melalui radiator mengambil sedikit kuasa.

Walau bagaimanapun, secara umum, kerugian diabaikan: di salah satu reka bentuk pengubah terbesar untuk 630 ribu kW, hanya 0.35% kuasa tersekat. Beberapa peranti boleh dibanggakan. n. d. lebih daripada 99.65%.

Kuasa penuh. Transformer terbesar "dilampirkan" kepada penjana yang paling berkuasa, sehingga kuasa mereka bertepatan. Hari ini terdapat unit kuasa untuk 300, 500, 800 ribu kW, esok angka ini akan meningkat kepada 1-1.5 juta, atau lebih.

Transformer yang paling berkuasa. Pengubah yang paling berkuasa yang dihasilkan oleh syarikat Austria "Elin" dan direka untuk loji kuasa haba di Ohio. Kuasanya adalah 975 megavolt-amperes, ia mesti meningkatkan voltan yang dihasilkan oleh penjana - 25 ribu volt hingga 345 ribu volt (Sains dan Kehidupan, 1989, No 1, ms 5).

Transformer fasa tunggal lapan terbesar di dunia mempunyai kapasiti 1.5 juta kVA. Transformer dimiliki oleh syarikat Power Power Service Amerika. 5 daripadanya mengurangkan voltan daripada 765 kepada 345 kV. ("Sains dan Teknologi")

Pada tahun 2007, Syarikat Pemegang Elektrozavod (Moscow) menghasilkan pengubah yang paling kuat yang dihasilkan sebelum ini di Rusia - TC-630000/330 dengan kapasiti 630 MVA untuk voltan 330 kV, dengan berat kira-kira 400 tan. Transformer generasi baru dibangunkan untuk kemudahan Rosenergoatom Concern.

Pengubah domestik ORTs-417000/750 dengan kapasiti 417 MVA untuk voltan 750 kV

Pembinaan. Mana-mana pengubah untuk apa-apa tujuan terdiri daripada lima komponen: litar magnet, lilitan, tangki, penutup dan bushings.

Butiran yang paling penting - litar magnet - terdiri daripada helaian keluli, masing-masing disalut pada kedua sisi dengan penebat - lapisan varnis dengan ketebalan 0.005 mm.

Dimensi, contohnya, transformer stesen janakuasa Kanada Busheville (dihasilkan oleh syarikat Jerman Barat Siemens) adalah seperti berikut: ketinggian 10.5 m, diameter keratan rentas 30 - 40 m.

Berat pengubah ini adalah 188 tan. Radiator, pengembang dan minyak dituangkan dari mereka apabila diangkut, dan masih pekerja keretapi perlu menyelesaikan masalah yang sukar: 135 tan tidak jenaka! Tetapi apa-apa beban tidak lagi mengejutkan sesiapa pun: di loji kuasa nuklear Obrichheim terdapat kumpulan pengubah dengan kapasiti 300 ribu kW. "Penukar" utama beratnya 208 tan, pelarasan satu - 101 tan.

Untuk menyampaikan kumpulan ini ke tempat itu, platform kereta api 40 meter diperlukan! Tidak mudah bagi jurutera kuasa kita: bagaimanapun, reka bentuk yang mereka buat adalah antara yang terbesar di dunia.

388 tan transformer! (USA)

Kerja. Pengubah besar berlangsung 94 hari daripada 100. Beban purata kira-kira 55-65% daripada yang dikira. Ini sangat membazir, tetapi tiada apa yang boleh dilakukan: satu peranti akan gagal, yang kurang jelasnya secara literal "terbakar di tempat kerja". Jika, sebagai contoh, struktur itu dilebihkan sebanyak 40%, maka dalam tempoh dua minggu penebatnya akan habis, seperti dalam tahun perkhidmatan biasa.

Di kalangan pelajar, sudah lama ada legenda tentang seorang eksentrik yang menjawab persoalan "Bagaimana kerja pengubah?" "" Resourcefully "menjawab:" Oooo ... "Tetapi hanya hari ini sebab untuk bunyi ini menjadi jelas.

Ternyata bukan getaran plat keluli yang kurang terikat antara satu sama lain, mendidih minyak dan ubah bentuk anjal dari belitan yang harus disalahkan. Punca ini boleh dianggap sebagai magnetostriksi, iaitu perubahan dalam saiz bahan semasa magnetisasi. Bagaimana menangani fenomena fizikal ini masih belum diketahui, jadi tangki pengubah dipenuhi perisai kalis bunyi.

Norma-norma untuk "suara" transformer agak ketat: pada jarak 5 m - tidak lebih daripada 70 decibel (tahap suara keras, bunyi kereta), dan pada jarak 500 m, di mana bangunan kediaman biasanya terletak, kira-kira 35 decibel (langkah-langkah, muzik yang tenang).

Walaupun semakan semacam itu membolehkan kita membuat dua kesimpulan penting. Kelebihan utama pengubah adalah ketiadaan alat ganti. Disebabkan ini, k yang tinggi dicapai. n. d., kebolehpercayaan yang sangat baik, penyelenggaraan mudah. Kekurangan terbesar adalah berat dan dimensi yang besar.

Dan anda masih perlu meningkatkan ukuran: selepas semua, kuasa transformer perlu berkembang beberapa kali dalam dekad yang akan datang.

Transformer Mitsubishi Electric - 760 MVA - 345 kV

HYMN

Transformer adalah mesin teknologi yang paling tidak bergerak. "DAPATKAN LEON DENGAN RELIABLE. .. "Jadi, menekankan kesederhanaan reka bentuk dan berat badan yang besar, orang Perancis yang dipanggil Janvier dipanggil transformer.

Tetapi pergerakan ini jelas: lilitan dikelilingi oleh arus, dan fluks magnet bergerak di sepanjang teras keluli. Walau bagaimanapun, dengan serius bercakap mengenai gerakan elektron entah bagaimana janggal. Zarah yang dicas hampir tidak merayap sepanjang konduktor, bergerak dalam satu jam hanya setengah meter. Antara momen kemasukan dan keluar dari kumpulan elektron "berlabel", kira-kira satu tahun berlalu.

Kenapa, maka voltan dalam penggulungan sekunder berlaku hampir serentak dengan kemasukan? Tidak sukar untuk menjawab: kelajuan penyebaran elektrik ditentukan bukan oleh kelajuan elektron, tetapi oleh gelombang elektromagnetik yang berkaitan. Denyutan tenaga berkembang 100-200000 km sesaat.

Pengubah "tidak merosakkan", tetapi ini tidak semestinya bercakap tentang kecenderungan "dalaman" untuk berehat. Interaksi arus dalam konduktor membawa kepada kemunculan daya yang cenderung untuk memampatkan gulungan dalam ketinggian, untuk mengalihkannya kepada satu sama lain, untuk meningkatkan diameter lilitan. Ia adalah perlu untuk mengalirkan lilitan dengan perban, potongan, irisan.

Pukulan dengan kekuatan dalaman, pengubah menyerupai raksasa yang dibelenggu berusaha untuk memecahkan rantai. Dalam perjuangan ini seseorang selalu menang. Tetapi di belakang kereta yang dijinakkan anda memerlukan mata dan mata. Sekitar sepuluh perisai elektronik, relay dan perisai gas dipasang pada setiap struktur, yang memantau suhu, arus, voltan, tekanan gas dan, sekurang-kurangnya kerosakan, mematikan kuasa, mencegah kemalangan.

Kita sudah tahu: kelemahan utama transformer hari ini adalah gigantisme mereka. Alasan untuk ini juga jelas: semuanya bergantung pada sifat-sifat bahan yang digunakan. Jadi, mungkin, jika anda mencari dengan baik, akan ada idea lain untuk menukar elektrik, selain yang Faraday pernah mencadangkan?

Sayangnya (dan mungkin, untungnya - yang tahu), tidak ada idea sedemikian, dan penampilan mereka tidak mungkin. Selagi bergantian semasa pemerintahan dalam sektor tenaga dan masih terdapat keperluan untuk mengubah voltannya, idea Faraday tidak dapat bertanding.

Oleh kerana transformer tidak boleh ditinggalkan, mungkin ia akan dapat mengurangkan bilangan mereka?

Anda boleh "save" pada transformer, jika anda memperbaiki sistem bekalan semasa. Rangkaian elektrik bandar moden menyerupai sistem peredaran manusia. Dari kabel utama, cawangan "melalui reaksi rantai" cawangan kepada pengguna tempatan. Voltan secara beransur-ansur dikurangkan dengan langkah-langkah ke 380 V, dan di semua tahap perlu dipasang transformer.

Pakar-pakar bahasa Inggeris telah mengembangkan secara terperinci satu lagi pilihan yang lebih menguntungkan. Mereka menawarkan kuasa London mengikut skim ini: kabel 275 ribu, memasuki pusat bandar. Di sini, arus diperbaiki, dan voltan "secara automatik" jatuh ke 11 ribu volt, arus terus dibekalkan ke kilang-kilang dan kawasan kediaman, sekali lagi ditukar menjadi voltan selang dan menurunkan voltan. Beberapa tahap voltan hilang, kurang transformer, kabel dan peranti yang berkaitan.

Kekerapan turun naik semasa di negara kita ialah 50 Hz. Ternyata jika anda pergi ke 200 Hz, berat pengubah akan dikurangkan sebanyak separuh! Di sini, ia seolah-olah satu cara yang nyata untuk memperbaiki reka bentuk. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan kekerapan arus oleh faktor 4, rintangan semua elemen sistem kuasa dan jumlah kehilangan kuasa dan voltan akan meningkat pada masa yang sama. Cara operasi garis akan berubah, dan penstrukturan semulanya tidak akan dibayar dengan simpanan.

Di Jepun, contohnya, sebahagian daripada sistem kuasa beroperasi pada 50 Hz, dan beberapa di 60 Hz. Apa yang lebih mudah untuk membawa sistem kepada satu "penyebut"? Tetapi tidak: ini bukan sahaja terhalang oleh pemilikan swasta loji kuasa dan garisan voltan tinggi, tetapi juga dengan kos yang tinggi untuk perubahan yang akan datang.

ABB Transformer

Saiz transformer boleh dikurangkan dengan menggantikan bahan magnetik dan konduktif hari ini dengan ciri-ciri baru yang lebih baik. Sesuatu telah dilakukan: sebagai contoh, dibina dan diuji transformer superconducting.

Sudah tentu, penyejukan merumitkan reka bentuk, tetapi keuntungannya adalah jelas: kepadatan semasa meningkat kepada 10 ribu, dan berbanding sebelumnya (1 a) bagi setiap milimeter persegi bagi keratan rentas dawai. Walau bagaimanapun, hanya segelintir peminat risiko yang bertaruh pada transformer suhu rendah, kerana faedah pada penggulungan sepenuhnya dinetralkan oleh keupayaan terhad litar magnet keluli.

Tetapi di sini dalam beberapa tahun kebelakangan ini terdapat jalan keluar: sama ada untuk mengikat gulungan primer dan sekunder tanpa pengantara - keluli, atau mencari bahan yang lebih baik daripada besi dalam sifat magnetik. Cara pertama adalah sangat menjanjikan, dan transformer "udara" tersebut telah diuji. Gelombang dilampirkan dalam kotak yang terbuat dari superkonduktor - "cermin" yang ideal untuk medan magnet.

Kotak tidak membiarkan padang keluar dan tidak membenarkannya bersurai di ruang angkasa. Tetapi kita sudah berkata: magnetoresistance udara sangat besar. Anda perlu mengetuk terlalu banyak "utama" giliran dan memohon terlalu tinggi arus kepada mereka untuk mendapatkan "menengah" yang ketara.

Cara lain - magnet baru - juga menjanjikan banyak. Ternyata pada suhu yang sangat rendah holmium, erbium, dysprosium menjadi magnet, dan bidang tepu mereka beberapa kali lebih besar daripada besi (!). Tetapi, pertama, logam-logam ini tergolong dalam kumpulan jarang-bumi, dan oleh itu jarang dan mahal, dan, kedua, kerugian histerisis di dalamnya akan, dalam semua kebarangkalian, lebih tinggi daripada keluli.

V. Stepanov

Menurut bahan-bahan jurnal "Teknologi Belia"