Еще одна историческая статья про развитие силовых трансформаторов

Сегодня в современной электроэнергетике, радиотехнике, электросвязи, системах автоматики широчайшее применение получил ТС. Он по праву считается одним из самых распространенных видов электрического оборудования. Изобретение трансформатора – это одна из замечательных страниц в истории электротехники. 1-Ый промышленный однофазный ТС был создан почти 120 лет назад. Над его изобретением  трудились в течение 50 лет, начиная с 30-х годов XIX века, ученые и инженеры разных стран.
Известны тысячи разнообразных конструкций ТС – от миниатюрных до гигантских, для транспортировки которых требуются специальные железнодорожные платформы или мощные плавучие средства.
Как известно, при передаче электрической энергии на большое расстояние применяется напряжение в сотни КилоВ. Но непосредственно использовать такие напряжения потребители, как правило, не могут. Поэтому электроэнергия, вырабатываемая электрическая станция различных генераций (ГЭС, ТЭС, АЭС), подвергается трансформации, вследствие чего общая мощность ТС в несколько раз превышает установленную мощность генераторов на электростанциях. Потери энергии в трансформаторах должны быть минимальными, и эта проблема всегда была одной из главных при их конструировании.
Первыми электрическими приборами, в которых использовалось явление электромагнитной индукции, были индукционные катушки. В них при размыкании первичной обмотки во вторичной наводилась значительная по величине ЭДС, вызывавшая между концами этой обмотки большие искры. Таких приборов в течение 1835–1844 годов было запатентовано несколько десятков. Наиболее совершенной была индукционная катушка немецкого физика Г.Д. Румкорфа.
Первое успешное применение индукционной катушки было осуществлено в начале 40-х годов XIX века российским академиком Б.С. Якоби (1801–1874) для воспламенения пороховых зарядов подводных электрических мин. Сооруженные под его руководством минные заграждения в Финском заливе преградили путь к Кронштадту двум англо-французским эскадрам. Известно, что в ходе этой войны большое значение имела оборона Балтийского побережья. Огромная англо-французская эскадра, состоявшая из 80 кораблей с общим числом орудий 3600, безуспешно пыталась прорваться к Кронштадту. После того как флагманский корабль «Мерлин» столкнулся с подводной электрической миной, эскадра была вынуждена покинуть Балтийское море.
В качестве трансформатора индукционная катушка впервые была применена талантливым русским электротехником-изобретателем Павлом Николаевичем Яблочковым (1847–1894).
В 1876 г. он изобрел знаменитую «электрическую свечу» – 1-ый источник электрического света, получивший широкое применение и известный под названием «русского света». Благодаря своей простоте «электрическая свеча» в течение нескольких месяцев распространилась по всей Европе, на Ближнем Востоке и даже в Юго-Восточной Азии.
Для одновременного включения в электрическую сеть большого числа свечей Яблочков изобрел систему «дробления электрической энергии» посредством индукционных катушек. В разработанной Яблочковым системе «дробления электрической энергии» первичные обмотки индукционных катушек включались последовательно в сеть переменного тока, а во вторичные  обмотки могло включаться различное число «свечей», режим работы которых не зависел от режима других. Как указывалось в патенте, такая схема позволяла «осуществлять раздельное питание нескольких осветительных приборов с разной силой света от единого источника электричества». Совершенно очевидно, что в этой схеме индукционная катушка работала в режиме трансформатора.
Если в первичную сеть включался генератор постоянного тока, Яблочков предусматривал установку специального прерывателя. Патенты на включение свечей посредством ТС были получены Яблочковым во Франции (1876), Германии и Англии (1877), в Рф (1878). Схема «дробления электрической энергии» посредством ТС демонстрировалась на электрических выставках в Париже и Москве. Эта установка была прообразом современной электрической сети с основными элементами: первичный двигатель – генератор – линия передачи – ТС – приемник. Выдающиеся заслуги Яблочкова в развитии электротехники были отмечены высшей наградой Франции – Орденом Почетного легиона.
В 1882 г. лаборант Московского университета И.Ф. Усагин демонстрировал на Промышленной выставке в Москве схему «дробления» Яблочкова, но во вторичные обмотки катушек включил различные приемники: электродвигатель, нагревательную спираль, дуговую лампу, электрические свечи. Этим он впервые продемонстрировал универсальность переменного тока и был награжден серебряной медалью.
Как уже отмечалось, в установке Яблочкова ТС не имел замкнутого магнитопровода, что вполне удовлетворяло техническим требованиям: при последовательном включении первичных обмоток включение и выключение одних потребителей во вторичных обмотках не влияло на режим работы других.
Изобретения Яблочкова дали мощный толчок применению переменного тока. В разных странах стали создаваться электротехнические предприятия для изготовления генераторов переменного тока и совершенствования аппаратов для его трансформации.
Когда возникла необходимость передачи электрической энергии на большие расстояния, использование для этих целей постоянного тока высокого напряжения оказалось неэффективным. Первая электропередача на переменном токе была осуществлена в 1883 г. для освещения Лондонского метрополитена. Длина линии при этом составляла около  23 км. Напряжение повышалось до 1500 В с помощью ТС, созданных в 1882 г. во Франции Л. Голяром и Д. Гиббсом. Эти ТС также были с разомкнутым магнитопроводом, но предназначались уже для преобразования напряжения и имели коэффициент трансформации, отличный от единицы. На деревянной подставке укреплялось несколько индукционных катушек, первичные обмотки которых соединялись последовательно. Вторичная обмотка была секционирована, и каждая секция имела два вывода для подключения приемников. Изобретатели предусмотрели выдвижение сердечников для регулирования напряжения на вторичных обмотках.
Современные ТС имеют замкнутый магнитопровод и их первичные обмотки включены параллельно. При параллельном включении приемников применение разомкнутого магнитопровода технически не оправданно. Было установлено, что ТС с замкнутым магнитопроводом обладает лучшими рабочими характеристиками, имеет меньшие потери и больший К.П.Д.. Поэтому по мере увеличения дальности электропередачи и повышения напряжения в линиях стали конструировать ТС с замкнутым магнитопроводом. Магнитопровод был набран из стальных изолированных друг от друга полос, что снижало потери на вихревые токи. На магнитопроводе располагались, чередуясь, катушки высокого и низкого напряжения. 1-Ый патент на такие ТС получил М. Дери (в феврале 1885 г.). В последующих схемах электропередачи высокого напряжения первичные обмотки стали включаться параллельно.
Наиболее совершенные однофазные ТС с замкнутым магнитопроводом были разработаны в 1885 г. венгерскими электротехниками М. Дери (1854–1934), О. Блати (1860–1939) и К. Циперновским (1853–1942). Они же впервые применили термин «». В патентной заявке они указали на важную роль замкнутого шихтованного магнитопровода, в особенности для мощных силовых ТС. Ими же были предложены три модификации ТС, применяющихся до настоящего времени: кольцевой, броневой и стержневой (рис. 4). Такие ТС серийно выпускались электромашиностроительным заводом «Ганц и Ко» в Будапеште. Они содержали все элементы современных ТС.
Большую роль для повышения надежности ТС сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал ТС в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток. Все это способствовало широкому применению однофазных ТС в целях освещения. Наиболее мощная установка фирмы «Ганц и Ко» была сооружена в Риме в 1886 г. (15000 кВА). Одной из первых электрический станций, построенных фирмой в Рф, была станция в Одессе для освещения нового оперного театра, широко известного в Европе.
80-е годы XIX в. вошли в историю электротехники под названием «трансформаторных битв». Успешная эксплуатация однофазных ТС стала убедительным аргументом в пользу применения переменного тока. Но владельцы крупных электротехнических фирм, выпускавших оборудование на постоянном токе, всячески препятствовали внедрению переменного тока, особенно для электропередачи на большие расстояния. Противником переменного тока выступил и знаменитый американский изобретатель Т.А. Эдисон (1847–1931).

Еще записи на эту же тему:



Страницы: 1 2

Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2018 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.