Меню

Создатель трансформатора переменного тока

История изобретения трансформатора

Изобретение трансформатора считается великим открытием 19 века без которого в нынешнее время не обходится ни одно более-менее сложное устройство начиная от сотового телефона и заканчивая единой энергетической системой.

Начало изобретения трансформатора пошло с опытов датского физика Эрстеда установившего связь между электричеством и магнетизмом и доказавшего что ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него силовое магнитное поле.

Развил опыты по взаимодействию между электрическими и магнитными силами английский физик Майкл Фарадей в 1831 году, создав понятие электромагнитной индукции.

Однако у трансформатора есть фундаментальная особенность, которую Фарадей упустил, а именно необходимость переменного тока. С этой точки зрения, неуместно считать Майкл Фарадея изобретателем трансформатора. Мы должны учитывать, что в то время доступным источником был гальванический элемент батарейка, т. е. устройство постоянного тока , так что изменение взаимно связанной индукции, необходимой трансформатору, зависело от некоторой технологии коммутации для преобразования в переменный ток.

Принцип трансформатора – электромагнитная индукция

изобретение трансформатора

Практическое применение электромагнитной индукции положил русский инженер Яблочков, придумав прообраз устройства для электрической свечи, известный под названием “свеча Яблочкова”.

Яблочков изобрел и разработал систему, как он сам её назвал «дробления электрической энергии», в которой режим работы одних свечей не зависел от режима других. Использовался принцип – первичные обмотки катушек включались последовательно в сеть переменного тока, а во вторичные обмотки могли включать различное количество “свечей” Яблочкова, получилось что произошло открытие трансформатора.

Патенты на включение “свечей” посредством этого устройства были получены Яблочковым в разных странах, поэтому нет ни у кого сомнения, кто же изобрел трансформатор. В патенте записано «…был описан принцип действия и способы включения устройства».

первый преобразователь переменного тока

открытие трансформатора

До восьмидесятых годов XIX века шли упорные дебаты сторонников и противников переменного тока. Даже знаменитый американский изобретатель Эдисон, проживший до 1931 года, был ярым противником распространения переменного тока. Однако время распорядилось по-другому и когда возникла необходимость передачи электроэнергии на большие расстояния, использовать для этих целей постоянный ток оказалось нельзя из-за больших потерь. Первая электропередача на переменном токе была осуществлена в 1883 г. для освещения метрополитена Британской столицы протяженностью 23 км.

Для дальнейшего развития промышленности и транспорта необходимо было создавать установки для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния и для этого ключевую роль сыграло изобретение трансформатора. Создание устройства открыло дорогу строительству электростанций и линий передач для применения в различных отраслях.

Изобретение Яблочкова дало мощный толчок применению переменного тока, который легко с помощью этого преобразователя переменного тока может передаваться на длинные расстояния. Далее пошло плотное развитие электро и радиотехники. Сейчас очевидно, что нет устройства в котором бы не применялся этот преобразователь в том или ином виде. Почти любой источник питания применяет устройство, единственное что после изобретения трансформатора изменился его вид и размер.

Современное применение трансформатора

Теперь трансформатор эволюционировал в новую эпоху.

Наши портативные устройства (смартфоны, планшеты, ноутбуки и т.д.) заряжаются электронными трансформаторами, которые мы носим с собой и используем по всему миру, независимо от напряжения и частоты. В этих небольших устройствах магнитная индукция уступила место твердотельной электронике, и аналогичная эволюция, по-видимому, находится на пороге в области применения энергии, с концепцией твердотельных трансформаторов, которые, как ожидается, обеспечат гораздо более гибкие операции, включая накопление энергии и работу постоянного тока и подключение.

Есть основания полагать, что список имен, связанных с “изобретателем трансформатора”, будет расширен в ближайшее время.

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.

Катушка Румкорфа

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.
Читайте также:  Вакуум как среда электрического тока

Конструкция первого трансформатора

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.

трансформатор яблочкова

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.

трансформатор с замкнутыми сердечниками

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.

современные трансформаторы

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



Читайте также:  Конспект урока закон ома для полной электрической цепи коэффициент полезного действия источника тока

Трансформатор простыми словами

Мы привыкли к тому, что напряжение в розетке всегда 220 В. Возможно не все читатели подозревают, что прежде чем поступить к потребителю, выполнялись преобразования электрической энергии. Перед поступлением на провода ЛЭП, напряжение переменного тока увеличивали до десятков, а то и сотен киловольт, а на выходе – понижали, до привычных нам 220 В. Эти преобразования выполнили силовые трансформаторы. В данной статье я расскажу вам, что такое трансформатор простыми словами.

Потребность в преобразования переменного напряжения возникает практически на каждом шагу. Чаще всего мы испытываем необходимость в понижении напряжения, так как большинство узлов современных электронных устройств работает при низких напряжениях. Однако для некоторых цепей высоковольтных узлов требуются значительные напряжения, порядка нескольких тысяч вольт.

Промышленный трансформатор

Рис. 1. Промышленный трансформатор

Что такое трансформатор?

Если коротко, то это стационарное устройство, используемое для преобразования переменного напряжения с сохранением частоты тока. Действие трансформатора основано на свойствах электромагнитной индукции.

Немного исторических фактов

В основу действия трансформатора легло явление магнитной индукции, открытое М. Фарадеем в 1831 г. Физик, работая с постоянным электрическим током, заметил отклонение стрелки гальванометра, подключенного к одной из двух катушек, намотанных на сердечник. Причем гальванометр реагировал только в моменты коммутации первой катушки.

Поскольку опыты проводились от источника постоянного тока, Фарадей не смог объяснить открытое явление.

Прообраз трансформатора появился лишь в 1848 году. Его изобрел немецкий механик Г. Румкорф, называя устройство индукционной катушкой особой конструкции. Однако Румкорф не заметил трансформации выходных напряжений.Датой рождения первого трансформатора считается день выдачи патента П. Н. Яблочкову на изобретение устройства с разомкнутым сердечником. Это случилось 30.11.1876 года.

Типы аппаратов с замкнутыми сердечниками появились в 1884 году. Их создали англичане Джон и Эдуард Гопкнинсоны.

По большому счету, технический интерес у электромехаников к переменному току возник только благодаря изобретению трансформатора. Идеи российского электротехника М. О. Доливо-Добровольского и всемирно известного Николы Тесла победили в спорах о преимуществах переменных напряжений именно благодаря возможности трансформации тока.

С победой идей этих великих электротехников потребности в трансформаторах резко выросла, что привело к их усовершенствованию и созданию новых типов приборов.

Общее устройство и принцип работы

Рассмотрим конструкцию простого трансформатора, с двумя катушками насаженных на замкнутый магнитопровод (см. Рис. 2). Катушку, на которую поступает ток, будем называть первичной, а выходную катушку – вторичной.

Устройство трансформатора

Рисунок 2. Устройство трансформатора

Фактически все типы трансформаторов используют электромагнитную индукцию для преобразования напряжения поступающего в цепь первичной обмотки. При этом выходное напряжение снимается из вторичных обмоток. Они различаются только по форме, материалам магнитопроводов и способам наматывания катушек.

Ферромагнитные сердечники применяются в низкочастотных моделях. Для таких сердечников используются материалы:

  • сталь;
  • пермаллой;
  • феррит.

В некоторых высокочастотных моделях магнитопроводы могут отсутствовать, а в некоторых изделиях применяют материалы из высокочастотного феррита или альсифера.

В связи с тем, что для характеристик ферромагнетиков характерна нелинейность намагничивания, сердечники набирают из листовых материалов, на которые надевают обмотки. Нелинейная индуктивность приводит к гистерезису, для уменьшения которого применяют метод шихтования магнитопроводов.

Форма сердечника может быть Ш-образной или торроидальной.

Рисунок 3. Внешний вид трансформатора

Базовые принципы действия

Когда на выводы первичных обмоток поступает синусоидальный ток, то он во второй катушке создает переменное магнитное поле, пронизывающее магнитопровод. В свою очередь, изменение магнитного потока провоцирует наведение ЭДС в катушках. При этом величина напряжения ЭДС в обмотках находится в пропорциональной зависимости от количества витков и частоты тока. Отношение количества витков в цепи первичной обмотки к числу витков вторичной катушки называется коэффициентом трансформации: k = W1 / W2, где символами W1 и W2 обозначено количество витков в катушках.

Виды магнитопроводов

Если k > 1, то трансформатор повышающий, а при 0 Виды магнитопроводов

Более широкий спектр охватывает классификация по назначению.

Силовые

Назначения силового трансформатора понятно из названия. Термин силовые применяется к семейству моделей, как правило, большой мощности, используемых для преобразования электрической энергии в сетях ЛЭП и в различных обслуживающих установках.

При трансформации сохраняются частоты переменного тока, поэтому возможно подключение силовых трансформаторов в группы для работы в высоковольтных трехфазных сетях.

Силовые аппараты могут соединяться в группы с различными схемами подключения обмоток: по принципу звездочки, треугольником или зигзагом. Схема звездочка оправдана, если в трехфазных сетях нагрузка симметрическая. В противном случае предпочтения отдают треугольнику. При таком способе подключения токи первичной обмотки подмагничивают по отдельности каждый стержневой магнитопровод.

Тогда однофазное сопротивление приблизится к расчетному, а перекос напряжений будет устранен.

Автотрансформаторы

Группа устройств, в которых первичная и вторичная обмотки за счет их прямого соединения между собой образуют электрическую связь, называется автотрансформаторами. Характерным признаком этой группы является несколько пар выводов, к которым можно подключить нагрузку.

Обмотки автотрансформаторов имеют не только магнитную, но и электрическую связь. Они нашли применение в соединениях заземленных сетей, работающих под напряжением, превышающим 110 кВ, но при низких коэффициентах трансформации – не более 3 – 4.

Можно первичную обмотку подключить последовательно в электрическую цепь с другими устройствами и получить гальваническую развязку. Такие приборы получили названия трансформаторов тока. Первичную цепь таких устройств контролируют путём изменения однофазной нагрузки, а вторичную катушку используют в цепях измерительных приборов или сигнализации. Второе название приборов – измерительные трансформаторы.

Читайте также:  Коллектор двигателя постоянного тока схема

Особенностью работы измерительных трансформаторов является особый режим выходной обмотки. Она функционирует в критическом режиме короткого замыкания. При разрыве вторичной цепи возникает резкое повышение напряжения в ней, что может вызвать пробои или повреждение изоляции.

Трансформатор тока

Трансформатор тока

Напряжения

Типичное применение – изоляция логических цепей защиты измерительных приборов от высокого напряжения. Трансформатор напряжения – это понижающий прибор, преобразующий высокое напряжение в более низкое.

Импульсные

В работе современной электронике применяются высокочастотные сигналы, которые часто необходимо отделить от других сигналов.
Задача импульсных трансформаторов – преобразования импульсных сигналов с сохранением формы импульса.

Для высокочастотных импульсных аппаратов выдвигаются требования о максимальном сохранении формы импульса на выходе. Имеет значение именно форма, а не амплитуда и даже не знак.

Сварочные

В работе сварочного аппарата важен большой сварочный ток. При этом, сетевое напряжение понижают до безопасного уровня. Благодаря мощному электрическому току дуговой разряд сварочного аппарата плавит металл.

В сварочном трансформаторе имеется возможность ступенчатого регулирования величины тока во вторичных цепях способом изменения индуктивного сопротивления, либо путем секционирования одной из обмоток.

Фото устройства представлено на рисунке 6. Обратите внимание на наличие коммутирующего переключателя.

Трансформатор для сварочного полуавтомата на броневом магнитопроводе

Рис. 6. Трансформатор для сварочного полуавтомата на броневом магнитопроводе

В сварочных аппаратах применяют конструкции на основе однофазных трансформаторов, а также с применением трехфазных трансформаторов. Для сварки некоторых металлов, например, нержавейки, сварочный ток выпрямляют.

Разделительные

Устройства, в которых нет электрической связи между обмотками, называют резделительными трансформаторами. Силовые разделительные аппараты применяются для повышения безопасности электросетей. Другая область применения разделительных трансформаторов – обеспечение гальванической развязки между отдельными узлами электрических цепей.

Согласующие

Данные типы аппаратов применяют для согласования сопротивления каскадов электронных схем. Они обеспечивают минимальное искажение формы сигналов, создают гальванические развязки между узлами электронных устройств.

Пик-трансформаторы

Аппараты, преобразующие синусоидальные токи в импульсные напряжения. Полярность выходных напряжений меняется через каждых полпериода.

Воздушные и масляные

Силовые трансформаторы бывают сухими (с воздушным охлаждением) (см. рис. 7) и масляными (см. рис. 8).

Модели сухих силовых трансформаторов чаще всего используют для преобразований сетевых напряжений, в том числе и в схемах трехфазных сетей.

Сухой трехфазный трансформатор

Рисунок 7. Сухой трехфазный трансформатор

При подключении нагрузки происходит нагревание обмоток, что грозит разрушением электрической изоляции. Поэтому в сетях с напряжениями свыше 6 кВ работают приборы с масляным охлаждением. Специальное трансформаторное масло повышает надежность изоляции, что очень важно при больших выходных мощностях.

Строение промышленного трансформатора с масляным охлаждением

Рис. 8. Строение промышленного трансформатора с масляным охлаждением

Сдвоенный дроссель

Конструктивно такой аппарат является трансформатором с одинаковыми катушками. Катушки одинаковой мощности образуют встречный индуктивный фильтр. Эффективность аппарата выше, чем у дросселя (при одинаковых размерах).

Вращающиеся

Применяются для обмена сигналами с вращающимися барабанами. Конструктивно состоят из двух половинок магнитопровода с катушками. Эти части вращаются относительно друг друга. Обмен сигналами происходит при больших скоростях вращения.

Обозначение на схемах

Трансформаторы наглядно изображаются на электрических схемах. Символически изображаются обмотки, которые разделены магнитопроводом в виде жирной или тонкой линии (см. рис. 9).

Пример обозначения

Пример обозначения

На схемах трехфазных трансформаторов обмотки начинаются со стороны сердечника.

Области применения

Кроме преобразования напряжений в электрических сетях, трансформаторы часто применяются в блоках питания радиоэлектронных устройств. Преимущественно это автотрансформаторы, которые одновременно выдают несколько напряжений для различных узлов.

Сегодня все чаще используют бестрансформаторные блоки питания. Однако там где требуется питание мощным переменным током, без электромагнитных устройств не обойтись.

Источник

muzejsveta

Братский Музей Света

КАЖДУЮ ЛАМПОЧКУ СВЕТ УБИВАЕТ!

  • Recent Entries
  • Friends
  • Profile
  • Archive
  • Tags
  • Memories

30 ноября 1876 считается датой рождения первого трансформатора

Почтовая марка СССР, посвящённая П. Н. Яблочкову, 1951 год.

Павел Николаевич Яблочков — русский электротехник, военный инженер, изобретатель и предприниматель. Известен разработкой дуговой лампы (вошедшей в историю под названием «свеча Яблочкова») и другими изобретениями в области электротехники.

Не смотря на то, что самым выдающимся его изобретением является электрическая свеча, мир должен быть ему благодарен и за многие другие изобретения.

Так, в годы пребывания во Франции Павел Николаевич работал не только над изобретением и усовершенствованием электрической свечи, но и над решением других практических задач. Только за первые полтора года — с марта 1876 по октябрь 1877 — он подарил человечеству ряд других выдающихся изобретений и открытий.

П. Н. Яблочков сконструировал первый генератор переменного тока, который, в отличие от постоянного тока, обеспечивал равномерное выгорание угольных стержней в отсутствие регулятора. Первым применил переменный ток для промышленных целей. Создал трансформатор переменного тока (30 ноября 1876 года, дата получения патента, считается датой рождения первого трансформатора), электромагнит с плоской обмоткой и впервые использовал статистические конденсаторы в цепи переменного тока.

Открытия и изобретения позволили Яблочкову первому в мире создать систему «дробления» электрического света, то есть питания большого числа свечей от одного генератора тока, основанную на применении переменного тока, трансформаторов и конденсаторов.

Источник