Трансформаторостроение, как отрасль имеет свою вековую историю. Продукт этого производства трансформатор — это результат научного поиска и инженерной мысли целого поколения ученых и изобретателей. Он и сегодня остается наиважнейшим компонентом любой энергетической системы. Эта умная машинка трудится в самых различных областях современной электроэнергетики и связи. С чего же все начиналось? Об этом и не только, наше сегодняшнее повествование.

В 1820 году научный мир потрясло открытие датского физика Ханса Кристиана Эрстеда, который экспериментально доказал, что электрический ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле.

Это заявление полностью опровергло представления ученых того времени об электрических и магнитных силах, как о совершенно различных и независимых друг от друга. Естественно, тут же возник вопрос: если электрический ток может порождать магнитное поле, то вполне вероятно, что и магнитное поле может порождать электрический ток.

Доказать существование этого взаимодействия между электрическими и магнитными полями удалось в 1831 году английскому физику Майклу Фарадею. Он доказал, что для порождения магнитным полем тока в проводнике необходимо, чтобы поле было переменным. Фарадей экспериментировал, изменяя напряженность магнитного поля, замыкая и прерывая электрическую цепь, порождающую поле.

Тот же эффект достигался, во время экспериментов с переменным током, т. е. током, направление которого меняется со временем. Это явление взаимодействия между электрическими и магнитными силами получило название электромагнитной индукции. Оно-то и легло в последствии в основу нового тогда изобретения — трансформатора.

Однако сам прибор был сконструирован лишь 45 лет спустя. Тогда это событие стало настоящей революцией в электротехнике — наконец-то появился прибор, способный передавать и распределять электрическую энергию в цепях электрического освещения. Но это было потом.

А тогда трансформатор Майкла Фарадея состоял из нескольких медных обмоток, навитых на замкнутый тероидальный железный сердечник-магнитопровод. Сейчас можно со всей уверенностью утверждать, что первый трансформатор Фарадея был однофазным.

Устройство, ставшее прообразом всего современного многообразия преобразователей напряжения, в своей основе состоит из двух обмоток: первичной и вторичной. Ток, протекающий во вторичной обмотке, индуцирует электродвижущую силу в первичной, и наоборот, т.е. индукция между первичной и вторичной обмотками взаимна. Более того, как в первичной, так и во вторичной обмотках возникают свои собственные электродвижущие силы, поскольку их витки обхватывают свои собственные силовые линии.

Это явление, получившее название самоиндукции, как и явление взаимной индукции, тоже легло в основу действия трансформатора. Однако, для эффективной работы этого устройства необходимо между обмотками установить связь, причем, каждая из обмоток должна обладать высокой степенью самоиндукции.

Добиться этого можно, намотав первичную и вторичную обмотки на железный сердечник, как это делал Фарадей в своих первых экспериментах. Он установил, что железо увеличивает количество силовых линий магнитного поля почти в 10000 раз.

Много позже о материалах с подобными свойствами стали говорить, как о веществах с высокой магнитной проницаемостью. В такой конструкции железный сердечник, локализуя поток магнитной индукции, пространственно разделяет обмотки трансформатора, оставляя их индуктивно связанными.

Так железный сердечник стал непременной составной частью всех силовых трансформаторов. Такая конструкция используется, и по сей день. Провод же для обмоток должен быть из материала с очень низким электрическим сопротивлением. В этом случае, как нельзя лучше, подходит медь.

«Днем рождения» трансформаторов считают 30 ноября 1876 года, когда Павел Николаевич Яблочков получил французский патент, в котором был описан принцип действия и способ применения трансформатора.

В развитие и совершенствование конструкции трансформатора, предложенного П. Яблочковым, внесли вклад: русский инженер И. Усагин (1882 г.), англичане Горяр и Гиббс (1885 г.), венгерские инженеры Циперновский, Дери и Блати (1885 г.).

Шли годы, все более четкие контуры приобретали такие понятия, как переменный и постоянный ток. Экспериментальным и теоретическим путем определялись основные характеристики тока: сила, частота и т.д.

Опыты Никола Тесла показали явное преимущество многофазной системы переменного тока, а изобретатель Михаил Доливо-Добровольский выделил трехфазную систему, как наиболее целесообразную для электротехники. Так появились трехфазные силовые трансформаторы. Это изобретение в конце прошлого века прочно вошло в жизнь.

Последующих конструктивных изменений было много, но общий принцип: замкнутый магнитопровод и медные обмотки на нем, остался прежним как у Фарадея. Так формировалась и входила в жизнь новая отрасль трансформаторостроение (смотрите также — Интересные факты про трансформаторы).

Каковы основные характеристики и принцип действия этого устройства в общих чертах? Как не заблудится на современном рынке трансформаторов? Ответы на эти вопросы находятся здесь: Как устроен и работает трансформатор, какие характеристики учитываются при эксплуатации и здесь: Основные виды конструкций трансформаторов

Источник

Трансформатор

Трансформатор — устройство, преобразовывающее переменный ток одного в переменный ток другого напряжения. Он состоит из катушек (или обмоток), которые наматываются на каркас с помощью изолированного провода. Размещены катушки на магнитопроводе из пластин специальной стали. Вряд ли можно найти электронное устройство, где не использовался бы электрический трансформатор. Он является также одной из основных составляющих в системе подачи электроэнергии на расстояние. В основу работы трансформатора положено открытие Фарадеем в 1831 году электромагнитной индукции. Правда, главное свойство трансформатора — преобразование токов и напряжений откроют значительно позже.

Французским изобретателем Г. Румкорфом была создана в 1852 году индукционная катушка — прообраз первого трансформатора. С помощью катушки он получил колебания тока высокого напряжения. Для превращения постоянного тока, не поддающегося трансформации, в переменный, изобретатель включил прерыватель последовательно с первичной катушкой. При замыкании во вторичной обмотке напряжение выше первичного в таком соотношении, в каком было количество витков во вторичной обмотке по отношению к первичной. При размыкании тока первичной обмотки возникало еще большее напряжение во вторичной. Чем быстрее размыкание, тем больше его величина. В роли прерывателя была пружинная пластинка. Она размыкала цепь, притянутая сердечником катушки. На частоту прерываний влияла масса и упругость пружины, напряжение батареи. Практическое применение индукционные катушки получили лишь в 70-х годах.

Трансформатор Яблочкова

Датой рождения трансформатора принято считать 30 ноября 1876 года. В этот день русскому ученому П. Н. Яблочкову вручили патент на трансформатор с разомкнутым сердечником катушки. Сердечником был стержень, на который были намотаны обмотки. Столкнувшись с проблемой «дробления» электричества, Яблочков предложил решить проблему с помощью индукционных катушек. При таком соединении в цепь включались последовательно первичные обмотки катушек, работавшие в режиме трансформатора, и выдавали необходимое напряжение на выходе. Во вторичную обмотку включали одну, две и более свечей. При потухании одной лампы цепь не разрывалась и другие свечи продолжали гореть. В 1882 году изобретатели Голяр и Гиббс запатентовали трансформатор, используемый также и для преобразования напряжения. Вскоре было отмечено, что можно повысить КПД и уменьшить потери энергии, насадив на единый сердечник вторичную и первичную катушки.

Трансформатор с замкнутым сердечником был впервые создан братьями Гопкинсонами в 1884 году. Сердечник набирался из стальных полос или проволок, которые разделялись изоляционным материалом. Это помогало уменьшить потери энергии. На сердечник поочередно размещали катушки высшего напряжения и низшего. В 1885 году электротехник Дери запатентовал параллельный способ включения трансформаторов в цепь. Это стало началом массового выпуска трансформаторов однофазного тока. Благодаря изобретенному Свинберном в конце 80-х способу масляного охлаждения трансформатора возросла надежность обмоток.

Трехфазный трансформатор Доливо-Добровольского

Русским ученым Доливо-Добровольским в 1889 году была предложена система трехфазного переменного тока и был изобретен первый трехфазный трансформатор. Конструкция трехфазного трансформатора с расположенными в одной плоскости параллельными стержнями оказалась довольно удачной и сохранилась без существенных изменений до наших дней. Трансформаторы находят сегодня широчайшее использование в быту и промышленности. Силовые электрические трансформаторы передают переменный ток на огромные расстояния по линиям электропередач. Существуют трансформаторы-карлики, которые применяют в телевизорах, радиоприемниках, телефонных аппаратах, магнитофонах и т.д.

Источник

Кто придумал и изобрел трансформатор, история создания и развития технологии

Сегодня попросту нельзя представить себе работу любого оборудования, потребляющего электроэнергию без трансформатора. Главная его задача состоит в том, что он способствует преобразованию переменного тока в другое напряжение. Именно благодаря трансформатору осуществляется стабильная подача тока, если в электросети возникают его скачки. Кто изобрел непосредственно трансформатор, и кто считается первым создателем обозначенного устройства, и что послужило основанием для его изобретения, следует рассмотреть более подробно.

Предпосылки к созданию изобретения

Предпосылками создания трансформатора считается изучение действия электромагнитной индукции, которую в 1831 году придумал Фарадей. На основании этого, французский механик Генрих Даниель Румкорф в 1848 году начал работу над созданием индукционной катушки. Предпосылкой стало необходимость преобразования постоянного тока в переменный. Г.Д. Румкорф один из первых, кто обратил внимание, что благодаря изобретению Фарадея можно создавать токи с достаточно высоким напряжением.

Конструкция и принцип действия первого трансформатора

Изначально хочется отметить, что идея преобразования постоянного тока была начата в 1848 году, но изобретатель Румкорф только спустя несколько лет смог представить своим коллегам работающую модель. Главная сложность в процессе работы заключалась в намотке тончайшей проволоки непосредственно для вторичную обмотку. Кроме этого, ему пришлось произвести изолирование тонкой, как волос проволоки, а потом ее намотать на катушку. Конструкция первого трансформатора, а вернее индукционной катушки была простейшей. Состояла она из:

1. Сердечника, который представлял собой стержень, изготовленный из нарезанных кусков стальной проволоки.
2. На сердечник наматывалось небольшое количество витков из толстой проволоки предварительно обмотанной изолирующим материалом. Это была первичная обмотка.
3. На вторичной обмотке была применена тончайшая проволока, которая изначально изолировалась. В данном случае количество витков могло быть от 16 000 до 1 000 000.

Что касается принципа действия, то оно заключалось в том, Генрих Румкорф применил специальный прерыватель, который способствовал включению последовательности работы катушки. При использовании обозначенного переключателя происходило переменное замыкание, которое увеличивало напряжение во вторичной обмотке. Величина зависела от количества витков непосредственно на вторичной обмотке. То есть, например, если на первичной обмотке было 28 витков, то на вторичной их было в 20 раз больше.

Соответственно напряжение увеличивалось в 2 и больше раза. Для того чтобы происходило необходимое прерывание, использовалась специальная пружинная пластина, которая в последствии размыкала цепь постоянного тока. Но для этого требовалось наличие магнитного поля. С этой целью был применен сердечник изготовленный из материала, который удерживал магнитное поле.

Подключалась индукционная катушка к батарее элементов, благодаря специальному переключателю, ток батареи проходя по первичной обмотке катушки намагничивает сердечник. Далее процесс заключался в том, что:

1. Намагнитившийся сердечник притягивал к себе переключатель, тем самым разрывая цепь первичной обмотки.
2. Притянутый переключатель способствовал размагничиванию сердечника, который в последующем возвращался в исходное положение.

Благодаря происходящему в процессе замыкания получался прерывистый ток. Кроме этого, в результате изменения магнитного поля в первичной обмотке, пересекая витки вторичной обмотки индуктирует в ней электродвижущую силу (ЭДС).

Важно! Патент на трансформатор был вручен непосредственно П.Н. Яблочкову 30 ноября 1876 года. Именно эта дата считается днем рождения трансформатора.

Как развивались технологии дальше

Открытие французского механика относительно устройства переменного тока получило широкое применение только в 70-х года ХХ века. Все дело в том, что он только изобрел первый трансформатор, хотя изобретение требовало совершенствование. На основании созданного прототипа другие ученые занимались его дальнейшей разработкой. В 1876 году П.Н. Яблочков представил усовершенствованную модель трансформатора. Хотя нужно сказать, что были внесены немного изменений и дополнений. К примеру:

1. В качестве сердечника ученый использовал специальный стержень, на который непосредственно осуществлялась намотка обмотки.
2. Вместо, ранее используемой пружинной пластины за основу он взял индукционную катушку.

Благодаря внесенным изменениям работа первичной обмотки осуществлялась согласно обусловленной последовательности, тем самым предоставляя напряжение, которое требовалось для работы электроприборов.

Но следует сказать, что совершенствование первого трансформатора осуществлялось и другими учеными. Непременно необходимо упомянуть, что Яблочков сделал преобразующее ток устройство с разомкнутыми сердечниками, что в свою очередь предусматривало большие затраты электроэнергии. Спустя некоторое время братья Гопкинсоны в 1882 году сделали трансформатор с замкнутыми сердечниками и это послужило стартом для экономии потребления электричества в будущем.

Сутью совершенствования стало то, что они поставили на сердцевину катушки, имеющие высокое и низкое напряжение. А вот сам стержень состоял из проволоки и стальных полосок, которые разделялись между собой материалом с изоляционными характеристиками.

В дальнейшем работы по усовершенствованию трансформаторов продолжались. Основанием этого являлось уменьшение потребления электроэнергии, поскольку предыдущие устройства ее расходовали достаточно много. Немаловажным открытием считается изобретение трехфазного трансформатора русским инженером Доливо-Добровольским в 1890 году. На основании произведенных ним расчетов он доказал, что благодаря трехфазному трансформатору можно экономить потребляемую электроэнергию.

Современная история развития кратко

Сегодня в быту и в производстве применяется огромное количество оборудования, которое работает благодаря электроэнергии. Чтобы снизить ее расходование используются современные технологии, а также осуществляется:

• сокращение расхода изоляционных материалов;
• использование специального трансформаторного масла;
• применяется другой металл и масса обмоток.

Следует сказать, что современные трансформаторы имеют непосредственно замкнутый сердечник, а их первичные обмотки включаются только параллельно. Сегодня оборудование также продолжают совершенствовать, но только сердечники. То есть цель состоит в том, чтобы создать материал, который поможет снизить потери энергии, а также увеличить эффективность преобразовательного устройства.

Преимущества современных трансформаторов

В современном мире все со временем только совершенствуется. Хотя за основу берутся открытия, которые имеют многовековую историю. Это же касается и современных трансформаторов. Чтобы понять, в чем состоят главные преимущества обозначенного устройства, следует отметить несколько значимых фактов:

1. Первые трансформаторы были достаточно увесистые, а сейчас они могут весить меньше 100 граммов.
2. Раньше обозначенные устройства имели значительные габариты. Современные трансформаторы некоторых типов могут свободно поместиться в ладошке.
3. Изначально происходила большая потеря электроэнергии, сейчас же можно ее экономить.
4. На текущее время преобразовательное устройство тока может использоваться в различных бытовых и промышленных оборудованиях.
5. Совершенствование технологий позволяет экономить на материалах для изготовления трансформаторов.
6. Долговечность современных устройств.
7. В силу увеличения потребляемой энергии из-за развития разного рода производства можно сделать преобразовательные устройства различных размеров, даже самых огромных

Одним из немаловажных показателей считается то, что современные трансформаторы отличаются от своих предшественников малым количеством выбросов парниковых газов.

В завершение непременно нужно сказать, что благодаря изобретению трансформатора можно быть уверенным, что оборудование, которое потребляет электроэнергию, будет работать, согласно требуемого ему напряжению. Все дело в том, что подаваемое исходное напряжение превышает, то, которое требуется разным электроприборам.

С помощью преобразования тока исключается риск порчи приобретенного оборудования из-за замыкания и не допускает его возгорания.

Источник