Μετασχηματιστής μετασχηματιστών

Στη σύγχρονη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας, η ραδιοεξοπλισμός, οι τηλεπικοινωνίες, τα συστήματα αυτοματισμού, ο μετασχηματιστής χρησιμοποιείται ευρέως, το οποίο δικαίως θεωρείται ένας από τους κοινούς τύπους ηλεκτρικού εξοπλισμού. Η εφεύρεση του μετασχηματιστή είναι μία από τις μεγάλες σελίδες στην ιστορία της ηλεκτρολογίας. Περίπου 120 χρόνια έχουν περάσει από τη δημιουργία του πρώτου βιομηχανικού μονοφασικού μετασχηματιστή, η εφεύρεση του οποίου έγινε από τα 30s έως τα μέσα της δεκαετίας του '80 του 19ου αιώνα, επιστήμονες, μηχανικοί από διάφορες χώρες.

Σήμερα, χιλιάδες διαφορετικά σχέδια μετασχηματιστών είναι γνωστά - από μικρογραφία μέχρι γιγαντιαίο, για τη μεταφορά των οποίων απαιτούνται ειδικές σιδηροδρομικές πλατφόρμες ή ισχυρός πλωτός εξοπλισμός.

Όπως γνωρίζετε, όταν μεταδίδετε ηλεκτρική ενέργεια σε μεγάλη απόσταση, εφαρμόζεται μια τάση εκατοντάδων χιλιάδων volts. Αλλά οι καταναλωτές, κατά κανόνα, δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν τέτοια τεράστια τάση άμεσα. Ως εκ τούτου, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, υδροηλεκτρικούς σταθμούς ή πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής υφίσταται μετασχηματισμό, με αποτέλεσμα η συνολική ισχύς των μετασχηματιστών να είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από την εγκατεστημένη ισχύ των γεννητριών στις μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Οι απώλειες ενέργειας στους μετασχηματιστές θα πρέπει να είναι ελάχιστες και αυτό το πρόβλημα ήταν πάντα ένα από τα βασικά στοιχεία του σχεδιασμού τους.

Η δημιουργία ενός μετασχηματιστή κατέστη δυνατή μετά την ανακάλυψη του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής από εξαιρετικούς επιστήμονες του πρώτου μισού του 19ου αιώνα. Ο Άγγλος M. Faraday και ο Αμερικανός Δ. Χένρι. Η εμπειρία του Faraday με ένα σίδερο δαχτυλίδι, πάνω στο οποίο τυλίχθηκαν δύο περιελίξεις που απομονώθηκαν το ένα από το άλλο, το κύριο συνδεδεμένο με την μπαταρία και το δευτερεύον με ένα γαλβανόμετρο, το βέλος του οποίου αποκλίνει όταν το κύριο κύκλωμα ήταν ανοικτό και κλειστό, είναι ευρέως γνωστό. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι η συσκευή Faraday ήταν πρωτότυπο ενός σύγχρονου μετασχηματιστή. Αλλά ούτε ο Faraday ούτε ο Henry ήταν οι εφευρέτες του μετασχηματιστή. Δεν μελετούσαν το πρόβλημα της μετατροπής τάσης, στα πειράματά τους οι συσκευές τροφοδοτούνται με άμεσο και όχι εναλλασσόμενο ρεύμα και δεν επενεργούν συνεχώς, αλλά αμέσως τη στιγμή που το ρεύμα ενεργοποιήθηκε ή απενεργοποιήθηκε στο πρωτεύον τύλιγμα.

Οι πρώτες ηλεκτρικές συσκευές που χρησιμοποίησαν το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής ήταν επαγωγικά πηνία. Όταν άνοιξε το πρωτεύον τύλιγμα σε αυτά, ένα σημαντικό EMF προκλήθηκε στο δευτερεύον, προκαλώντας μεγάλους σπινθήρες μεταξύ των άκρων αυτής της περιέλιξης. Κατά τα έτη 1835-1844 πολλά δεκάδες τέτοιων συσκευών κατοχυρώθηκαν με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Η πιο προηγμένη ήταν η επαγωγική πηνίο του γερμανικού φυσικού G.D. Rumkorf.

Το πηνίο επαγωγής προστατεύει το Kronstadt

Η πρώτη επιτυχής χρήση ενός επαγωγικού πηνίου πραγματοποιήθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 40 του XIX αιώνα από τον Ρώσο ακαδημαϊκό B.S. Jacobi (1801-1874) για την ανάφλεξη φορτίων σκόνης από υποβρύχια ηλεκτρικά ορυχεία. Τα ναρκοπέδια του Φινλανδικού Κόλπου, που χτίστηκαν υπό την ηγεσία του, εμπόδισαν το δρόμο για την Kronstadt από δύο αγγλο-γαλλικές μοίρες, είναι γνωστό ότι κατά τη διάρκεια αυτού του πολέμου η υπεράσπιση της ακτής της Βαλτικής ήταν πολύ σημαντική. Μια τεράστια αγγλο-γαλλική μοίρα, αποτελούμενη από 80 πλοία με συνολικό αριθμό 3600 όπλων, προσπάθησε ανεπιτυχώς να σπάσει το Kronstadt. Αφού η ναυαρχίδα Merlin συγκρούστηκε με ένα υποβρύχιο ηλεκτρικό ορυχείο, η μοίρα αναγκάστηκε να εγκαταλείψει τη Βαλτική Θάλασσα.

Οι ναυάρχοι των εχθρών παραδέχθηκαν με θλίψη: «Ο συμμαχικός στόλος δεν μπορεί να κάνει τίποτα αποφασιστικό: ο αγώνας ενάντια στις ισχυρές οχυρώσεις του Κρόνσταντ θα έθετε σε κίνδυνο μόνο τη μοίρα των πλοίων». Η διάσημη αγγλική εφημερίδα Herald γέλασε τον Αντιναύαρχο Νεπύρ: «Ήρθε, είδε και ... δεν κέρδισε ... Οι Ρώσοι γελούν και είμαστε πραγματικά αστείο».Τα ηλεκτρικά ορυχεία, άγνωστα στην Ευρώπη, ανάγκασαν τον πιο θαυμάσιο στόλο που είχε εμφανιστεί ποτέ στη θάλασσα να υποχωρήσει · όπως άλλωστε έγραψε μια άλλη εφημερίδα, όχι μόνο «δεν έσπρωξε τον πόλεμο προς τα εμπρός, αλλά επέστρεψε χωρίς να κερδίσει μια μόνο νίκη».

Το πηνίο επαγωγής χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά ως μετασχηματιστής από τον ταλαντούχο ρωσικό ηλεκτρολόγο μηχανικό και εφευρέτη Παύλο Νικολάεβιτς Γιαμπλόκοφ (1847-1894).

Το 1876, εφευρέθηκε το περίφημο "ηλεκτρικό κερί" - η πρώτη πηγή ηλεκτρικού φωτός, το οποίο χρησιμοποιήθηκε ευρέως και είναι γνωστό ως το "ρωσικό φως". Λόγω της απλότητας του, το "ηλεκτρικό κερί" εξαπλώθηκε σε όλη την Ευρώπη για αρκετούς μήνες και έφτασε ακόμη και στα δωμάτια του περσικού σάχ και βασιλιά της Καμπότζης.

Για την ταυτόχρονη ένταξη ενός μεγάλου αριθμού κεριών στο ηλεκτρικό δίκτυο, ο Yablochkov εφευρέθηκε ένα σύστημα "σύνθλιψης ηλεκτρικής ενέργειας" μέσω επαγωγικών πηνίων. Έλαβε διπλώματα ευρεσιτεχνίας για το "κερί" και το σχέδιο για την ένταξή τους το 1876 στη Γαλλία, όπου αναγκάστηκε να εγκαταλείψει τη Ρωσία προκειμένου να μην καταλήξει στη φυλακή «χρέους». (Είχε ένα μικρό ηλεκτρικό εργαστήριο και αρέσει να πειραματίζεται με συσκευές που έβγαλε για επισκευές, όχι πάντα πληρώνοντας έγκαιρα τους πιστωτές).

Στο σύστημα «σύνθλιψης της ηλεκτρικής ενέργειας» που ανέπτυξε ο Yablochkov, οι πρωτογενείς περιέλιξεις των επαγωγικών πηνίων συνδέονταν εν σειρά με το δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος και ένας άλλος αριθμός «κεριών» μπορούσε να συμπεριληφθεί στις δευτερεύουσες περιελίξεις, ο τρόπος λειτουργίας των οποίων δεν εξαρτιόταν από τον τρόπο λειτουργίας των άλλων. Όπως υποδεικνύεται στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, ένα τέτοιο κύκλωμα κατέστησε δυνατή την «παροχή χωριστής ισχύος σε διάφορες διατάξεις φωτισμού με διαφορετικές εντάσεις φωτός από μία και μόνη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας». Είναι προφανές ότι σε αυτό το κύκλωμα το πηνίο επαγωγής εργάστηκε σε λειτουργία μετασχηματιστή.

Εάν στο πρωτογενές δίκτυο συμπεριληφθεί μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος, ο Yablochkov προέβλεψε την εγκατάσταση ενός ειδικού διακόπτη. Τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας για την εισαγωγή κεριών μέσω μετασχηματιστών αποκτήθηκαν από τον Yablochkov στη Γαλλία (1876), τη Γερμανία και την Αγγλία (1877), στη Ρωσία (1878). Και όταν λίγα χρόνια αργότερα άρχισε μια διαμάχη που ανήκει στην προτεραιότητα στην εφεύρεση του μετασχηματιστή, η γαλλική κοινωνία "Electric Lighting", η οποία εξέδωσε μήνυμα στις 30 Νοεμβρίου 1876, επιβεβαίωσε την προτεραιότητα του Yablochkov: στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας "... περιγράφηκε η αρχή λειτουργίας και οι μέθοδοι ενεργοποίησης του μετασχηματιστή" . Αναφέρθηκε επίσης ότι «η προτεραιότητα του Yablochkov αναγνωρίζεται στην Αγγλία».

Το σχέδιο "σύνθλιψης ηλεκτρικής ενέργειας" μέσω μετασχηματιστών αποδείχθηκε σε ηλεκτρικές εκθέσεις στο Παρίσι και τη Μόσχα. Η εγκατάσταση αυτή ήταν πρωτότυπο ενός σύγχρονου ηλεκτρικού δικτύου με τα κύρια στοιχεία: πρωτεύων κινητήρας - γεννήτρια - γραμμή μετάδοσης - μετασχηματιστής - δέκτης. Τα εξαιρετικά επιτεύγματα του Yablochkov για την ανάπτυξη της ηλεκτροτεχνίας χαρακτηρίστηκαν από το υψηλότερο βραβείο της Γαλλίας - το Τάγμα της Λεγεώνας της Τιμής.

Το 1882, ο I.F. Ο Usagin κατέδειξε στη Βιομηχανική Έκθεση στη Μόσχα το σχέδιο της «σύνθλιψης» του Yablochkov, αλλά περιέλαβε διάφορους δέκτες στις δευτερεύουσες περιελίξεις των πηνίων: έναν ηλεκτρικό κινητήρα, ένα πηνίο θέρμανσης, έναν λαμπτήρα τόξου και ηλεκτρικά κεριά. Με αυτόν τον τρόπο, έδειξε για πρώτη φορά την ευελιξία του AC και του απονεμήθηκε ένα ασημένιο μετάλλιο.

Όπως έχει ήδη αναφερθεί, στην εγκατάσταση Yablochkov, ο μετασχηματιστής δεν είχε κλειστό μαγνητικό κύκλωμα, το οποίο πληρούσε πλήρως τις τεχνικές απαιτήσεις: όταν οι πρωτεύουσες περιελίξεις ενεργοποιούνταν διαδοχικά, η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση ορισμένων καταναλωτών στις δευτερεύουσες περιελίξεις δεν επηρέασε τον τρόπο λειτουργίας άλλων.

Οι εφευρέσεις του Yablochkov έδωσαν μια ισχυρή ώθηση στη χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος. Σε διάφορες χώρες άρχισαν να δημιουργούνται επιχειρήσεις ηλεκτροτεχνίας για την κατασκευή των εναλλάκτη και τη βελτίωση των συσκευών για τη μετατροπή τους.

Όταν έγινε αναγκαία η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, η χρήση συνεχούς ρεύματος υψηλής τάσης για τους σκοπούς αυτούς ήταν αναποτελεσματική. Η πρώτη μετάδοση εναλλασσόμενου ρεύματος πραγματοποιήθηκε το 1883 για να φωτίσει το υπόγειο του Λονδίνου · η γραμμή είχε μήκος περίπου 23 χλμ. Η τάση αυξήθηκε στα 1500 V με τη βοήθεια μετασχηματιστών που δημιουργήθηκαν το 1882 στη Γαλλία από τους L. Goliard και D. Gibbs. Αυτοί οι μετασχηματιστές ήταν επίσης με ένα ανοικτό μαγνητικό κύκλωμα, αλλά προορίζονταν ήδη για μετατροπή τάσης και είχαν έναν συντελεστή μετασχηματισμού διαφορετικό από την ενότητα. Διάφορα πηνία επαγωγής τοποθετήθηκαν σε ξύλινη βάση, τα πρωτεύοντα τυλίγματα της οποίας συνδέονταν σε σειρά. Η δευτερεύουσα περιέλιξη χωρίστηκε και κάθε τμήμα είχε δύο καλώδια για τη σύνδεση των δεκτών. Οι εφευρέτες παρείχαν την επέκταση των πυρήνων για τη ρύθμιση της τάσης στις δευτερεύουσες περιελίξεις.

Οι σύγχρονοι μετασχηματιστές διαθέτουν κλειστό μαγνητικό κύκλωμα και οι πρωτεύουσες περιέλιξεις συνδέονται παράλληλα. Όταν οι δέκτες συνδέονται παράλληλα, η χρήση ενός ανοικτού μαγνητικού κυκλώματος δεν είναι τεχνικά δικαιολογημένη. Διαπιστώθηκε ότι ένας μετασχηματιστής με κλειστό μαγνητικό κύκλωμα έχει καλύτερη απόδοση, έχει μικρότερη απώλεια και μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα. Ως εκ τούτου, καθώς η απόσταση μετάδοσης αυξήθηκε και η τάση αυξήθηκε στις γραμμές, άρχισαν να σχεδιάζουν έναν μετασχηματιστή κλειστού κυκλώματος το 1884 στην Αγγλία από τους αδελφούς John και Edward Hopkinson. Ο μαγνητικός πυρήνας τραβήχτηκε από χαλύβδινες λωρίδες απομονωμένες μεταξύ τους, οι οποίες μείωσαν τις απώλειες από φούσκες. Πηνία υψηλής και χαμηλής τάσης τοποθετήθηκαν εναλλάξ στο μαγνητικό κύκλωμα. Η αδυναμία λειτουργίας ενός μετασχηματιστή με κλειστό μαγνητικό κύκλωμα με σειριακή σύνδεση των πρωτογενών περιελίξεων επισημάνθηκε για πρώτη φορά από τον Αμερικανό ηλεκτρολόγο μηχανικό Κ. Κένεντι το 1883, υπογραμμίζοντας ότι η αλλαγή του φορτίου στο δευτερεύον κύκλωμα ενός μετασχηματιστή θα επηρεάσει τη λειτουργία άλλων καταναλωτών. Αυτό μπορεί να εξαλειφθεί με την παράλληλη σύνδεση των περιελίξεων. Το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τέτοιους μετασχηματιστές παραλήφθηκε από τον M. Deri (τον Φεβρουάριο του 1885). Στα επόμενα συστήματα μετάδοσης ισχύος υψηλής τάσης, τα πρωτεύοντα περιελίξεις άρχισαν να συνδέονται παράλληλα.

Οι πιο προηγμένοι μονοφασικοί μετασχηματιστές με κλειστό μαγνητικό κύκλωμα αναπτύχθηκαν το 1885 από τους Ουγγρικούς ηλεκτρολόγους μηχανικούς: Μ. Ντέρι (1854-1934), Ο. Μπάτι (1860-1939) και Κ. Τσιπέρνοβσκυ (1853-1942). Πρώτα χρησιμοποίησαν τον όρο "μετασχηματιστής". Στην αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας επισήμαναν τον σημαντικό ρόλο ενός κλειστού φορτισμένου μαγνητικού κυκλώματος, ειδικά για ισχυρούς μετασχηματιστές ισχύος. Πρότειναν επίσης τρεις τροποποιήσεις των μετασχηματιστών που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα: δαχτυλίδι, θωράκιση και ράβδος. Τέτοιοι μετασχηματιστές παράγονται σειριακά από το εργοστάσιο κατασκευής ηλεκτρικών μηχανών Ganz & Co. στην Βουδαπέστη. Περιείχαν όλα τα στοιχεία των σύγχρονων μετασχηματιστών.

Ο πρώτος αυτομετασχηματιστής δημιουργήθηκε από τον W. Stanley, ηλεκτρολόγο της αμερικανικής εταιρείας Westinghouse, το 1885. Ο επιτυχημένος έλεγχος πραγματοποιήθηκε στο Πίτσμπουργκ.

Μεγάλη σημασία για τη βελτίωση της αξιοπιστίας των μετασχηματιστών ήταν η εισαγωγή ψύξης λαδιού (τέλη της δεκαετίας του 1880, D. Swinburne). Η Swinburn τοποθετούσε τους πρώτους μετασχηματιστές σε κεραμικά δοχεία γεμισμένα με λάδι, γεγονός που αύξησε σημαντικά την αξιοπιστία της μόνωσης των περιελίξεων. Όλα αυτά συνέβαλαν στην ευρεία χρήση μονοφασικών μετασχηματιστών για σκοπούς φωτισμού. Η πιο ισχυρή εγκατάσταση της εταιρείας Ganz & Co. κατασκευάστηκε στη Ρώμη το 1886 (15.000 kVA). Ένα από τα πρώτα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που κατασκευάζει η εταιρεία στη Ρωσία ήταν ο σταθμός στην Οδησσό για να καλύψει τη νέα όπερα, ευρέως γνωστή στην Ευρώπη.

AC θρίαμβος. Συστήματα τριών φάσεων

Δεκαετία του '80 του 19ου αιώνα εισήλθε στην ιστορία της ηλεκτροτεχνικής με το όνομα "μάχες μετασχηματιστών".Η επιτυχής λειτουργία των μονοφασικών μετασχηματιστών έχει γίνει ένα πειστικό επιχείρημα υπέρ της χρήσης εναλλασσόμενου ρεύματος. Αλλά οι ιδιοκτήτες μεγάλων ηλεκτρικών εταιρειών που παράγουν εξοπλισμό συνεχούς ρεύματος δεν ήθελαν να χάσουν κέρδη και με κάθε τρόπο εμπόδισαν την εισαγωγή εναλλασσόμενου ρεύματος, ειδικά για μετάδοση ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις.

Οι καταγεγραμμένοι δημοσιογράφοι με μεγάλη κατανομή διέδωσαν κάθε είδους μύθους για εναλλασσόμενο ρεύμα. Ο διάσημος Αμερικανός εφευρέτης Τ.Α. Edison (1847-1931). Μετά τη δημιουργία του μετασχηματιστή, αρνήθηκε να παρακολουθήσει τη δοκιμή του. «Όχι, όχι», αναφώνησε, «το εναλλασσόμενο ρεύμα είναι ανοησία χωρίς μέλλον». "Δεν θέλω μόνο να επιθεωρήσω τον ηλεκτροκινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος, αλλά και να το ξέρω!" Οι βιογράφοι του Edison ισχυρίζονται ότι, έχοντας ζήσει μια μακρά ζωή, ο εφευρέτης ήταν πεπεισμένος για τις λανθασμένες απόψεις του και θα δώσει πολλά για να πάρει τα λόγια του πίσω.

Η οξύτητα των μάχες του μετασχηματιστή γράφτηκε εικαστικά από τον διάσημο Ρώσο φυσικό Α.Γ. Stoletov το 1889 στο περιοδικό Electricity: "Ανησυχάζομαι να θυμάμαι τις διώξεις που υπέστησαν μετασχηματιστές στη χώρα μας σχετικά με το πρόσφατο έργο της Ganz & Co. για να φωτίσει μέρος της Μόσχας. Τόσο σε προφορικές αναφορές όσο και σε άρθρα εφημερίδων, το σύστημα καταγγέλθηκε ως κάτι αιρετικό, παράλογο και, φυσικά, θανατηφόρο: αποδείχθηκε ότι οι μετασχηματιστές απαγορεύτηκαν τελείως σε όλες τις αξιοπρεπείς χώρες της Δύσης και ότι μπορούσαν να ανεχθούν φτηνότητα σε κάποια Ιταλία ». Δεν γνωρίζουν όλοι ότι η εισαγωγή ηλεκτροπληξίας στο κράτος της Νέας Υόρκης το 1889 χρησιμοποιώντας εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής τάσης, οι επιχειρηματίες από την ηλεκτροτεχνία επιδίωξαν επίσης να χρησιμοποιήσουν το AC για να θέσουν σε κίνδυνο ένα απειλητικό για τη ζωή πρόσωπο.

Η δημιουργία αξιόπιστων μονοφασικών μετασχηματιστών άνοιξε το δρόμο για την κατασκευή σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και μιας μονοφασικής γραμμής μεταφοράς ρεύματος, η οποία έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για ηλεκτρικό φωτισμό. Αλλά σε σχέση με την ανάπτυξη της βιομηχανίας, την κατασκευή μεγάλων εργοστασίων και εργοστασίων, η ανάγκη για έναν απλό οικονομικό ηλεκτρικό κινητήρα έγινε όλο και πιο έντονη. Όπως γνωρίζετε, οι μονοφασικοί ηλεκτροκινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος δεν έχουν αρχική ροπή εκκίνησης και δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ηλεκτρικούς σκοπούς. Έτσι στα μέσα της δεκαετίας του '80 του 19ου αιώνα. δημιουργήθηκε ένα περίπλοκο ενεργειακό πρόβλημα: ήταν απαραίτητο να δημιουργηθούν εγκαταστάσεις για την οικονομική μετάδοση ηλεκτρικής ισχύος υψηλής τάσης σε μεγάλες αποστάσεις και να αναπτυχθεί ο σχεδιασμός ενός απλού και εξαιρετικά οικονομικού AC ηλεκτρικού κινητήρα που ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις ενός βιομηχανικού ηλεκτρικού καλωδίου.

Χάρη στις προσπάθειες επιστημόνων και μηχανικών από διάφορες χώρες, το πρόβλημα αυτό επιλύθηκε επιτυχώς με βάση τα πολυφασικά ηλεκτρικά συστήματα. Τα πειράματα έδειξαν ότι το καταλληλότερο από αυτά είναι ένα τριφασικό σύστημα. Η μεγαλύτερη επιτυχία στην ανάπτυξη των τριφασικών συστημάτων επιτεύχθηκε από τον εξαιρετικό ρωσικό ηλεκτρολόγο μηχανικό Μ.Ο. Dolivo-Dobrovolsky (1862-1919), αναγκάστηκε να ζήσει και να εργαστεί στη Γερμανία εδώ και πολλά χρόνια. Το 1881 εκδιώχθηκε από το Πολυτεχνείο της Ρίγα για συμμετοχή στο επαναστατικό κίνημα των φοιτητών χωρίς δικαίωμα εισόδου σε ανώτερο εκπαιδευτικό ίδρυμα στη Ρωσία.

Το 1889, εφευρέθηκε ένας εκπληκτικά απλός τριφασικός κινητήρας επαγωγής με σκίουρος, ο σχεδιασμός του οποίου έχει διατηρηθεί κατ 'αρχήν μέχρι σήμερα. Αλλά για τη μετάδοση ηλεκτρικού ρεύματος σε υψηλή τάση χρειάστηκαν τρεις μονοφασικοί μετασχηματιστές, οι οποίοι αύξησαν σημαντικά το κόστος ολόκληρης της εγκατάστασης. Την ίδια δεκαετία του 1889, η Dolivo-Dobrovolsky, έχοντας δείξει ένα εξαιρετικό ουδέτερο, δημιουργεί έναν τριφασικό μετασχηματιστή.

Αλλά δεν έφτασε αμέσως στο σχέδιο, το οποίο, όπως ένας κινητήρας επαγωγής, κατ 'αρχήν, έχει επιζήσει μέχρι σήμερα. Αρχικά ήταν μια συσκευή με μια ακτινική διάταξη πυρήνων.Ο σχεδιασμός του μοιάζει ακόμα με μια ηλεκτρική μηχανή χωρίς κενό αέρα με προεξέχοντες πόλους και οι περιελίξεις του ρότορα μεταφέρονται στις ράβδους. Στη συνέχεια υπήρχαν διάφορες κατασκευές τύπου «πρισματικού». Τέλος, το 1891, ο επιστήμονας έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τριφασικό μετασχηματιστή με παράλληλη διάταξη πυρήνων σε ένα επίπεδο, παρόμοιο με το σύγχρονο.

Η γενική δοκιμή ενός τριφασικού συστήματος που χρησιμοποιεί τριφασικούς μετασχηματιστές ήταν η διάσημη μετάδοση ισχύος Laufen-Frankfurt, που χτίστηκε το 1891 στη Γερμανία με την ενεργό συμμετοχή του Dolivo-Dobrovolsky, ο οποίος ανέπτυξε τον απαραίτητο εξοπλισμό γι 'αυτό. Κοντά στην πόλη Laufen, κοντά στον καταρράκτη στον ποταμό Neckar, χτίστηκε ένας υδροηλεκτρικός σταθμός, ο υδροηλεκτρικός σταθμός του οποίου θα μπορούσε να αναπτύξει χρήσιμη ισχύ περίπου 300 hp. Η περιστροφή μεταδόθηκε στον άξονα μιας τριφασικής σύγχρονης γεννήτριας. Με τριφασικό μετασχηματιστή χωρητικότητας 150 kVA (κανείς δεν έχει κατασκευάσει προηγουμένως τέτοιους μετασχηματιστές), η ηλεκτρική ενέργεια με τάση 15 kV μεταδόθηκε μέσω τριών καλωδίων σε μια τεράστια απόσταση για εκείνη την εποχή (170 km) στη Φρανκφούρτη, όπου άνοιξε η διεθνής τεχνική έκθεση. Η αποδοτικότητα μετάδοσης ξεπέρασε το 75%. Στη Φρανκφούρτη εγκαταστάθηκε στο χώρο της έκθεσης ένας τριφασικός μετασχηματιστής, ο οποίος μείωσε την τάση στα 65 V. Η έκθεση φωτίζεται από 1000 ηλεκτρικούς λαμπτήρες. Ένας τριφασικός ασύγχρονος κινητήρας με ισχύ περίπου 75 kW εγκαταστάθηκε στην αίθουσα, ο οποίος ενεργοποίησε μια υδραυλική αντλία που τροφοδοτούσε νερό για έναν λαμπρό διακοσμητικό καταρράκτη. Υπήρχε ένα είδος ενεργειακής αλυσίδας: ένας τεχνητός καταρράκτης δημιουργήθηκε από την ενέργεια ενός φυσικού καταρράκτη, 170 χιλιόμετρα μακριά από τον πρώτο. Εντυπωσιακοί επισκέπτες της έκθεσης ήταν συγκλονισμένοι από τις θαυμάσιες ικανότητες της ηλεκτρικής ενέργειας.

Αυτή η μετάδοση ήταν ένας αληθινός θρίαμβος των τριφασικών συστημάτων, η παγκόσμια αναγνώριση της εξαιρετικής συμβολής στην ηλεκτρολογική μηχανική από τον M.O. Dolivo-Dobrovolsky. Από το 1891 άρχισε η σύγχρονη ηλεκτροδότηση.

Με την ανάπτυξη της μεταφορικής ικανότητας, ξεκινά η κατασκευή μονάδων παραγωγής ενέργειας και ενεργειακών συστημάτων. Η ηλεκτρική κίνηση, οι ηλεκτρικές μεταφορές, η ηλεκτρική τεχνολογία αναδύονται και αναπτύσσονται γρήγορα. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι ο πρώτος πιο ισχυρός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής στον κόσμο με τριφασικούς γεννήτριες και μετασχηματιστές ήταν ο σταθμός πρατηρίων της πρώτης βιομηχανικής επιχείρησης της Ρωσίας με τριφασικό ηλεκτρικό εξοπλισμό. Ήταν ασανσέρ Novorossiysk. Η ισχύς των σύγχρονων γεννητριών του σταθμού παραγωγής ενέργειας ήταν 1200 kVA, τριφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες με ισχύ από 3,5 έως 15 kW που τροφοδοτούσαν διάφορους μηχανισμούς και μηχανές και μέρος του ηλεκτρικού ρεύματος χρησιμοποιήθηκε για φωτισμό.

Σταδιακά, η ηλεκτροκίνηση επηρέασε όλους τους νέους κλάδους της ΕΕΚ, την επικοινωνία, τη ζωή και την ιατρική - η διαδικασία αυτή εμβαθύνθηκε και επεκτάθηκε, η ηλεκτροδότηση έλαβε μαζική κλίμακα.

Κατά τη διάρκεια του ΧΧ αιώνα. Σε σχέση με τη δημιουργία ισχυρών ολοκληρωμένων συστημάτων ισχύος, την αύξηση του εύρους μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας και την αύξηση της τάσης των γραμμών μεταφοράς, αυξήθηκαν οι απαιτήσεις για τα τεχνικά και επιχειρησιακά χαρακτηριστικά των μετασχηματιστών. Στο δεύτερο μισό του XX αιώνα. Σημαντική πρόοδος στην παραγωγή ισχυρών μετασχηματιστών ισχύος συνδέθηκε με τη χρήση ηλεκτρικού χάλυβα ψυχρής έλασης για μαγνητικά κυκλώματα, η οποία κατέστησε δυνατή την αύξηση της επαγωγής και τη μείωση της διατομής και του βάρους των πυρήνων. Οι συνολικές απώλειες μετασχηματιστών μειώθηκαν στο 20%. Αποδείχθηκε ότι είναι δυνατόν να μειωθεί το μέγεθος της επιφάνειας ψύξης των δεξαμενών λαδιού, γεγονός που οδήγησε σε μείωση της ποσότητας ελαίου και μείωση του συνολικού βάρους των μετασχηματιστών. Η τεχνολογία και η αυτοματοποίηση της παραγωγής μετασχηματιστών βελτιώνονται συνεχώς, εισάγονται νέες μέθοδοι για τον υπολογισμό της αντοχής και της σταθερότητας των περιελίξεων και η αντίσταση των μετασχηματιστών στις επιδράσεις των δυνάμεων κατά τη διάρκεια βραχυκυκλωμάτων.Ένα από τα πιεστικά προβλήματα της σύγχρονης κατασκευής μετασχηματιστών είναι η επίτευξη της δυναμικής σταθερότητας των ισχυρών μετασχηματιστών.

Οι μεγάλες προοπτικές αύξησης της ισχύος των μετασχηματιστών ισχύος ανοίγουν με τη χρήση υπεραγωγικής τεχνολογίας. Η χρήση μιας νέας κατηγορίας μαγνητικών υλικών - άμορφων κραμάτων, σύμφωνα με τους ειδικούς, μπορεί να μειώσει την απώλεια ενέργειας στους πυρήνες έως και κατά 70%.

Μετασχηματιστής στην υπηρεσία ραδιοεπικοινωνιών και τηλεπικοινωνιών

Μετά την ανακάλυψη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από τον G. Hertz (1857-1894) το 1888 και τη δημιουργία των πρώτων σωληναρίων ηλεκτρονίων το 1904-1907, εμφανίστηκαν πραγματικές προϋποθέσεις για την ασύρματη επικοινωνία, η ανάγκη της οποίας αυξανόταν. Ένα αναπόσπαστο στοιχείο των κυκλωμάτων για την παραγωγή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων υψηλής τάσης και συχνότητας, καθώς και για την ενίσχυση των ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων, έχει μετατραπεί σε μετασχηματιστή.

Ένας από τους πρώτους επιστήμονες για τη μελέτη των κυμάτων του Hertz ήταν ο ταλαντούχος Σέρβος επιστήμονας Νίκολα Τέσλα (1856-1943), ο οποίος κατέχει πάνω από 800 εφευρέσεις στον τομέα της ηλεκτρολογίας, της ραδιοεξοπλισμού και της τηλεμεταχειρισμού και τις οποίες οι Αμερικανοί ονόμασαν «βασιλιάς ηλεκτρισμού». Στη διάλεξη που έδωσε στο Πανεπιστήμιο Franklin στη Φιλαδέλφεια το 1893, μίλησε σίγουρα για τη δυνατότητα πρακτικής εφαρμογής ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. "Θα ήθελα," είπε ο επιστήμονας, "να πω μερικά λόγια για το θέμα, το οποίο είναι συνεχώς στο μυαλό μου, το οποίο επηρεάζει την ευημερία όλων μας. Εννοώ τη μετάδοση σημαντικών σημάτων, ίσως ακόμη και ενέργειας σε οποιαδήποτε απόσταση χωρίς καλώδια καθόλου. Κάθε μέρα είμαι όλο και περισσότερο πεπεισμένος για την πρακτική σκοπιμότητα αυτού του προγράμματος. "

Πειράζοντας με ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας και προσπαθώντας να υλοποιήσει την ιδέα της "ασύρματης επικοινωνίας", ο Tesla το 1891 δημιουργεί μία από τις πιο πρωτότυπες συσκευές της εποχής του. Ο επιστήμονας ήρθε με μια ευτυχισμένη σκέψη - να συνδυάσει σε μία συσκευή τις ιδιότητες ενός μετασχηματιστή μετασχηματισμού - μετασχηματιστή, ο οποίος διαδραμάτισε τεράστιο ρόλο στην ανάπτυξη πολλών κλάδων της ηλεκτρολογίας, της ραδιομηχανικής και είναι ευρέως γνωστός ως μετασχηματιστής Tesla. Παρεμπιπτόντως, με το ελαφρύ χέρι των Γάλλων ηλεκτρολόγων και ραδιοεπικοινωνιών, αυτός ο μετασχηματιστής απλά ονομάστηκε "Tesla".

Στη συσκευή Tesla, οι κύριες και δευτερεύουσες περιελίξεις συντονίστηκαν σε συντονισμό. Το πρωτεύον τύλιγμα ενεργοποιήθηκε μέσω ενός διακένου σπινθήρων με ένα επαγωγικό πηνίο και πυκνωτές. Κατά τη διάρκεια μιας εκφόρτισης, μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο στο πρωτεύον κύκλωμα προκαλεί ρεύμα πολύ μεγάλης τάσης και συχνότητας στη δευτερεύουσα περιέλιξη, η οποία αποτελείται από μεγάλο αριθμό στροφών.

Οι σύγχρονες μετρήσεις έχουν δείξει ότι με τη χρήση ενός συντονιστικού μετασχηματιστή μπορούν να ληφθούν τάσεις υψηλής ποιότητας με πλάτος έως και ένα εκατομμύριο βολτ. Ο Tesla επεσήμανε ότι με την αλλαγή της χωρητικότητας του πυκνωτή είναι δυνατή η λήψη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με διαφορετικά μήκη κύματος.

Ο επιστήμονας πρότεινε να χρησιμοποιηθεί ένας μετασχηματιστής συντονισμού για να διεγείρεται ένας "αγωγός-εκπομπός" που ανεβαίνει πάνω από το έδαφος και είναι ικανός να μεταδίδει ενέργεια υψηλής συχνότητας χωρίς σύρματα. Προφανώς, ο "εκπομπός" του Tesla ήταν η πρώτη κεραία που βρήκε την ευρύτερη εφαρμογή στις ραδιοεπικοινωνίες. Εάν ένας επιστήμονας είχε δημιουργήσει έναν ευαίσθητο δέκτη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, θα είχε φτάσει στην εφεύρεση του ραδιοφώνου.

Οι βιογράφοι της Tesla πιστεύουν ότι πριν από την A.S. Οι Popov και G. Marconi Tesla ήταν πιο κοντά στην ανακάλυψη αυτή.

Το 1893, ένα χρόνο πριν από την ακτινογραφία, ο Tesla ανακάλυψε «ειδικές ακτίνες» που διεισδύουν σε αντικείμενα που είναι αδιαφανή για το συνηθισμένο φως. Αλλά δεν τελείωσε αυτές τις σπουδές μέχρι το τέλος και οι φιλικές σχέσεις δημιουργήθηκαν μεταξύ του και του Roentgen για μεγάλο χρονικό διάστημα. Στη δεύτερη σειρά πειραμάτων χρησιμοποιήθηκε η ακτινογραφία Μετασχηματιστή συντονισμού Tesla.

Το 1899, η Tesla κατάφερε με τη βοήθεια φίλων να κατασκευάσει ένα επιστημονικό εργαστήριο στο Κολοράντο. Εδώ, σε υψόμετρο δύο χιλιάδων μέτρων, άρχισε να μελετά τις εκκενώσεις κεραυνών και να διαπιστώνει την παρουσία ηλεκτρικού φορτίου στη γη.Ήρθε με τον αρχικό σχεδιασμό ενός "ενισχυμένου πομπού" που μοιάζει με μετασχηματιστή και σας επιτρέπει να δέχεστε τάσεις μέχρι και αρκετά εκατομμύρια βολτ με συχνότητα έως και 150 χιλιάδες περιόδους ανά δευτερόλεπτο. Ο Tesla κατάφερε να παρατηρήσει τεράστιες απεργίες κεραυνού, εκφόρτιση έως και 135 πόδια και ακόμη και βροντή. Επέστρεψε και πάλι στην ιδέα χρήσης ρευμάτων υψηλής συχνότητας για "φωτισμό, θέρμανση, μετακίνηση ηλεκτρικών οχημάτων στο έδαφος και στον αέρα", αλλά, φυσικά, δεν μπορούσε να συνειδητοποιήσει τις ιδέες του εκείνη την εποχή. Ο μετασχηματιστής συντονισμού της Tesla βρήκε την εφαρμογή της στην ραδιοτεχνολογία από τις αρχές του 20ου αιώνα. Η δομική του τροποποίηση έγινε από την εταιρεία Marconi με την ονομασία "jigger" (ταξινομητής) και χρησιμοποιήθηκε επίσης για να καθαρίσει το σήμα από παρεμβολές.

Τα προβλήματα της εμβέλειας επικοινωνίας λύθηκαν με την εμφάνιση των ενισχυτών. Ο μετασχηματιστής χρησιμοποιήθηκε ευρέως σε κυκλώματα ενισχυτών που βασίζονταν στη χρήση του ραδιομηχανικού Ldion, που εφευρέθηκε το 1907 από τον αμερικανικό ραδιο μηχανικό. "

Στον 20ο αιώνα. Η ηλεκτρονική έχει προχωρήσει πολύ από ογκώδεις συσκευές σωλήνων σε τεχνολογία ημιαγωγών, μικροηλεκτρονική και οπτοηλεκτρονική. Και πάντα ο μετασχηματιστής παρέμεινε ένα αμετάβλητο στοιχείο των τροφοδοτικών και των διαφόρων κυκλωμάτων μετατροπής. Για πολλές δεκαετίες, βελτιώθηκε η τεχνολογία κατασκευής μετασχηματιστών χαμηλής ισχύος (από κλάσμα από watt σε πολλούς βάρους). Η μαζική παραγωγή τους απαιτούσε τη χρήση ειδικών ηλεκτρικών υλικών, ιδίως φερριτών, για την κατασκευή μαγνητικών πυρήνων, καθώς και πυρήνων μετασχηματιστών για εγκαταστάσεις υψηλής συχνότητας. Η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη για την εξεύρεση αποτελεσματικότερων σχεδίων χρησιμοποιώντας την πλέον πρόσφατη επιστήμη και τεχνολογία.

Η ηλεκτροδότηση ήταν πάντα η βάση της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου. Στη βάση της συνεχώς βελτιώνονται οι τεχνολογίες στη βιομηχανία, τις μεταφορές, τη γεωργία, τις επικοινωνίες και τις κατασκευές. Η άνευ προηγουμένου επιτυχία επιτεύχθηκε με τη μηχανοποίηση και την αυτοματοποίηση των διαδικασιών παραγωγής. Τα επιτεύγματα της παγκόσμιας ενέργειας δεν θα ήταν δυνατά χωρίς την εισαγωγή μιας ποικιλίας εξαιρετικά αποδοτικής ισχύος και ειδικών μετασχηματιστών.

Αλλά από τους αντικειμενικούς νόμους της εξέλιξης της επιστήμης και της τεχνολογίας, προκύπτει ότι ανεξάρτητα από το πόσο προηγμένα σχέδια δημιουργούνται σήμερα, είναι μόνο ένα βήμα στο δρόμο για τη δημιουργία ακόμα ισχυρότερων και μοναδικών μετασχηματιστών.

Jan Schneiberg