kategória: Najlepšie články » Zaujímavé fakty
Počet zobrazení: 37323
Komentáre k článku: 4
Zaujímavé fakty o transformátoroch
Každé technické zariadenie má dve narodeniny: objavenie princípu činnosti a jeho implementácia. Myšlienku transformátora po siedmich rokoch tvrdej práce na „transformácii magnetizmu na elektrinu“ predložil Michael Faraday.
29. augusta 1831 Faraday vo svojom denníku opísal experiment, ktorý neskôr prešiel do všetkých učebníc fyziky. Na železnom krúžku s priemerom 15 cm a hrúbkou 2 cm experimentátor navíjal oddelene dva drôty s dĺžkou 15 ma 18 m. Keď prúd prúdil jedným z vinutí, šípky galvanometra sa na svorkách druhého odchýlili!
Vedec nazval jednoduché zariadenie "Indukčná cievka", Keď bola batéria zapnutá, v primárnom vinutí sa postupne zvyšoval prúd (netreba stále konštantný). V železnom kruhu bol indukovaný magnetický tok, ktorého veľkosť sa tiež menila. V sekundárnom vinutí sa objavilo napätie. Len čo magnetický tok dosiahol svoju limitnú hodnotu, „sekundárny“ prúd zmizol.
DAby cievka fungovala, musí byť zdroj energie stále zapnutý a vypnutý (ručne - nožovým spínačom alebo mechanicky - spínačom).
Faraday Experience Illustration
Faradayova indukčná cievka
Ptrvalé alebo premenlivý?
Od Faradayovho kruhu po súčasný transformátor bol ďaleko a veda dokonca zbierala potrebné údaje o omrvinách. Američan Henry zabalil drôt hodvábnym vláknom - zrodila sa izolácia.
Francúz Foucault sa pokúsil otočiť železné tyče v magnetickom poli - a bol prekvapený: zahrievali sa. Vedec pochopil dôvod - ovplyvnené boli prúdy generované v striedavom magnetickom poli. Aby sa obmedzila cesta vírivých prúdov, Foucault, Upton, zamestnanec spoločnosti Edison, navrhol výrobu železného jadra prefabrikovaného - zo samostatných listov.
V roku 1872 profesor Stoletov vykonal zásadnú štúdiu o magnetizácii mäkkého železa a o niečo neskôr Angličan Ewing predložil Kráľovskej spoločnosti správu o energetických stratách počas zmeny magnetizácie ocele.
Rozsah týchto strát nazývaný „hysteretický“ (z gréckeho slova „história“) skutočne závisel od „minulej“ vzorky. Zrná z kovu - domény, ako slnečnice za slnkom, sa otáčajú za magnetickým poľom a sú orientované pozdĺž silových čiar. Práca vynaložená v tomto sa premení na teplo. Závisí to od toho, ako - slabo alebo silne - a akým smerom boli domény nasmerované.
Informácie o magnetických a vodivých vlastnostiach sa hromadili postupne, až kým sa množstvo nezmenilo na kvalitu. Elektrotechnici občas predstavili svetu prekvapenia, ale hlavná udalosť v histórii transformátorov by sa mala považovať za udalosť, ktorá prinútila svet v roku 1876 prekvapiť Rusko.
Dôvodom bola sviečka Yablochková. V „lampách“ horel oblúk medzi dvoma paralelnými elektródami. Pri konštantnom prúde jedna elektróda horila rýchlejšie a vedec neustále hľadal cestu von.
Nakoniec sa rozhodol, vyskúšajúc mnoho spôsobov, použiť striedavý prúd, a hľa, hľa! - opotrebenie elektródy bolo rovnomerné. Jabločkov čin bol skutočne hrdinský, pretože v tých rokoch došlo k prudkému boju medzi nadšencami elektrického osvetlenia a majiteľmi plynárenských spoločností. Nielen to: zástancovia samotnej elektrickej energie naopak jednomyseľne oponovali AC.
Dostali striedavý prúd, ale málokto pochopil, o čo ide. V novinách a časopisoch boli uverejnené dlhodobé články, ktoré ohrozujú nebezpečenstvo striedavého prúdu: „nie je to množstvo, ktoré zabíja, ale jeho zmena.“ Známy elektrotechnik Chikolev vyhlásil: „Všetky stroje so striedavým prúdom musia byť nahradené strojmi s jednosmerným prúdom.“
Rovnako významná špecialistka, Lachinov, obviňovala Yablochkovú z toho, že „jednosmerný prúd je vôbec dobrý a striedavý prúd môže žiariť iba.“„Prečo by sa páni - prívrženci sviečok (Yablochkovove oblúkové sviečky) nemali snažiť vážne aplikovať jednosmerný prúd; pretože s týmto a len týmto mohli poskytnúť budúcnosť sviečok, “napísal.
Nie je prekvapujúce, že pod týmto tlakom Yablochkov konečne hodil sviečky, ale okrem čiastočnej „rehabilitácie“ striedavého prúdu dokázal otvoriť aj pravú „tvár“ indukčných cievok. Jeho sviečky, zapojené do série, boli mimoriadne náladové. Akonáhle jedna lampa-buď dôvod vyšiel, všetci ostatní okamžite vyšli.
Yablochkov namiesto „lámp“ zapojil do série primárne vinutie cievok. Na druhú stranu, "zasadil" sviečky. Správanie sa každej „lampy“ vôbec neovplyvnilo prácu druhých.
Je pravda, že indukčné cievky dizajnu Yablochkov sa líšili (a nie k lepšiemu) od tých Faradayových - ich jadrá sa nezatvárali do kruhu. Avšak skutočnosť, že cievky na striedavý prúd fungovali nepretržite a nie pravidelne (keď bol okruh zapnutý alebo vypnutý), priniesla svetovej sláve ruského vynálezcu.
O šesť rokov neskôr vyvinul (alebo skôr zosumarizoval) myšlienku Yablochkov Usagin, výskumník medicíny MSU. Usagin pripojil rôzne elektrické zariadenia (nielen sviečky) k výstupným vinutiam cievok, ktoré nazval „sekundárne generátory“.
Cievky Yablochkov a Usagin sa od seba trochu líšili. V modernom jazyku Yablochkova transformátor zvýšila napätie: v sekundárnom vinutí bolo oveľa viac zákrutov tenkého drôtu ako v primárnom.
Usagínový transformátor sa izoluje: počet zákrutov v oboch vinutiach bol rovnaký (3000), ako aj vstupné a výstupné napätie (500 V).
KALENDÁR VÝZNAMNÝCH DÁT
Yablochkovove indukčné cievky a Usaginove „sekundárne generátory“ začali získavať funkcie, ktoré dnes poznáme s úžasnou rýchlosťou transformátory.
1884 - jadro zavreli bratia Hopkinsonovci.
Predtým magnetický tok prešiel oceľovou tyčou a čiastočne zo severného pólu na juh vzduchom. Odpor vzduchu je 8 tisíckrát väčší ako odpor železa. Získanie viditeľného napätia na sekundárnom vinutí bolo možné iba pre veľké prúdy prechádzajúce mnohými zákrutami. Ak je jadro vyrobené v kruhu alebo ráme, odpor sa zníži na minimum.
Transformátor 80. rokov 20. storočia Kefa elektrická ľahká spoločnosť
1885 - Maďarský Dery dostal nápad zapnúť transformátory paralelne. Pred tým každý používal sériové pripojenie.
1886 - opäť Hopkinsonovci. Naučili sa, ako počítať magnetické obvody podľa Ohmovho zákona. Najprv museli dokázať, že procesy v elektrických a magnetických obvodoch možno opísať podobnými vzorcami.
1889 - Švéd Swinburne navrhol ochladenie vinutia jadra a transformátora minerálnym olejom, ktorý súčasne hrá úlohu izolácie. Dnes bola vyvinutá myšlienka spoločnosti Swinburne: oceľové magnetické jadro s vinutím sa spustí do veľkej nádrže, nádrž sa uzavrie vekom a po vysušení, zahriatí, evakuácii, naplnení inertným dusíkom a ďalších operáciách sa do nej naleje olej.
Transformátor - koniec 19. - začiatok 20. storočia (Anglicko)
Transformátor s 4000 kVA (Anglicko) - začiatok 20. storočia.
Prúdy. Až 150 tisíc a. Toto sú prúdy, ktoré napájajú pece na tavenie neželezných kovov. Pri nehodách súčasné prepätia dosahujú 300 - 500 tisíc a. (Kapacita transformátora vo veľkých peciach dosahuje 180 MW, primárne napätie je 6 - 35 kV, vo výkonových peciach do 110 kV, sekundárnych 50 - 300 V av moderných peciach do 1200 V).
Strata. Časť energie sa stráca vo vinutí, časť - na zahrievanie jadra (vírivé prúdy v stratách železa a hysterézie). Rýchla výmena elektrickej a magnetickej nole in time (50 Hz - 50 krát za sekundu) odlišuje orientáciu molekúl alebo nábojov v izolácii: energia je absorbovaná olejom, bakelitovými valcami, papierom, lepenkou atď. d.
Čerpadlá na čerpanie horúceho oleja transformátora cez radiátory potrebujú určitý výkon.
Napriek tomu sú straty spravidla zanedbateľné: v jednom z najväčších prevedení transformátorov s výkonom 630 000 kW uviazne iba 0,35% energie. Málokto sa môže pochváliť. n. d, viac ako 99,65%.
Plná sila. Najväčšie transformátory sú „pripojené“ k najsilnejším generátorom, takže ich sily sa zhodujú. Dnes je k dispozícii 300, 500, 800 tisíc kW energetických jednotiek, zajtra sa tieto čísla zvýšia na 1-1,5 milióna, alebo dokonca viac.
Najvýkonnejší transformátor. Najvýkonnejší transformátor vyrábaný rakúskou spoločnosťou "Elin" a je určený pre tepelnú elektráreň v Ohiu. Jeho výkon je 975 megavolt-ampér, musí zvýšiť napätie generované generátormi - 25 000 voltov na 345 000 voltov (Science and Life, 1989, č. 1, s. 5).
Osem najväčších jednofázových transformátorov na svete má kapacitu 1,5 milióna kVA. Transformátory vlastní americká spoločnosť Power Power Service. 5 z nich redukuje napätie z 765 na 345 kV. („Veda a technológia“)
V roku 2007 holdingová spoločnosť Elektrozavod (Moskva) vyrobila najvýkonnejší transformátor, ktorý sa predtým vyrábal v Rusku - TC-630000/330 s kapacitou 630 MVA pre napätie 330 kV, vážiaci približne 400 ton. Transformátor novej generácie bol vyvinutý pre zariadenia koncernu Rosenergoatom.
Domáci transformátor ORTs-417000/750 s kapacitou 417 MVA pre napätie 750 kV
Navrhovať. Každý transformátor na ľubovoľné účely pozostáva z piatich komponentov: magnetický obvod, vinutie, nádrž, kryt a puzdrá.
Najdôležitejší detail - magnetický obvod - je vyrobený z oceľových plechov, z ktorých každý je obojstranne potiahnutý izoláciou - lakovou vrstvou s hrúbkou 0,005 mm.
Napríklad rozmery transformátorov kanadskej elektrárne Busheville (vyrobenej západonemeckou spoločnosťou Siemens) sú nasledujúce: výška 10,5 m, priemer prierezu 30 - 40 m.
Hmotnosť týchto transformátorov je 188 ton. Pri preprave sa z nich vyliajú radiátory, expandéry a ropa, a napriek tomu musia pracovníci v železnici riešiť zložitý problém: 135 ton nie je vtip! Takáto záťaž však nikoho neprekvapuje: v jadrovej elektrárni v Obrichheime je skupina transformátorov s kapacitou 300 tisíc kW. Hlavný „prevodník“ váži 208 ton, nastavovacia jedna - 101 ton.
Na doručenie tejto skupiny na miesto bolo potrebné 40 metrov železničné nástupište! Pre našich energetických inžinierov to nie je jednoduchšie. Koniec koncov, návrhy, ktoré vytvárajú, patria medzi najväčšie na svete.
388 ton transformátora! (United States)
Práca. Veľký transformátor trvá 94 dní zo 100. Priemerné zaťaženie je asi 55 - 65% vypočítanej hodnoty. Je to veľmi zbytočné, ale nedá sa urobiť nič: jedno zariadenie zlyhá, jeho pochopenie pomerne rýchlo doslova „vyhorí v práci“. Ak je napríklad stavba preťažená o 40%, jej izolácia sa za dva týždne opotrebuje, ako v roku bežnej prevádzky.
Medzi študentmi už dlho existuje legenda o výstredníku, ktorý odpovedá na otázku „Ako funguje transformátor?“ „Zdroje“ odpovedali: „Oooo ...“ Až dnes je však dôvod tohto hluku zrejmý.
Ukazuje sa, že to nie sú vibrácie oceľových dosiek, ktoré sú navzájom zle spojené, vrenie oleja a elastická deformácia vinutí. Príčinu možno považovať za magnetostrikciu, tj zmenu veľkosti materiálu počas magnetizácie. Ako sa vysporiadať s týmto fyzikálnym javom, je stále neznáme, takže transformátorová nádrž je vybavená zvukovo izolačnými štítmi.
Normy pre „hlasy“ transformátorov sú dosť prísne: vo vzdialenosti 5 m - nie viac ako 70 decibelov (úroveň hlasnej reči, hluk v aute) a vo vzdialenosti 500 m, kde sa obvykle nachádzajú obytné budovy, asi 35 decibelov (kroky, tichá hudba).
Aj takéto krátke preskúmanie nám umožňuje vyvodiť dva dôležité závery. Hlavnou výhodou transformátora je neprítomnosť pohyblivých častí. Vďaka tomu sa dosiahne vysoké k. n. d., vynikajúca spoľahlivosť, ľahká údržba. Najväčšou nevýhodou je obrovská hmotnosť a rozmery.
A stále musíte zväčšiť veľkosť: Koniec koncov, sila transformátorov by sa mala v nasledujúcich desaťročiach niekoľkokrát zvýšiť.
Transformátor Mitsubishi Electric - 760 MVA - 345 kV
ANTHEM nehybnosť
Transformátory sú najviac nepohyblivé stroje technológie. „TIETO SPOĽAHLIVÉ ŽELEZO. .. “Takže, zdôrazňujúc jednoduchosť dizajnu a veľkú váhu, Francúz zvaný Janvier zvaný transformátory.
Ale táto nepohyblivosť je zrejmá: vinutia sú obklopené prúdmi a magnetické toky sa pohybujú pozdĺž oceľového jadra. Vážne rozprávanie o pohybe elektrónov je však trochu nepríjemné. Nabité častice sa sotva plazia pozdĺž vodičov a pohybujú sa za hodinu len pol metra. Medzi okamihmi vstupu a výstupu „označenej“ skupiny elektrónov ubehne asi rok.
Prečo sa teda napätie v sekundárnom vinutí vyskytuje takmer súčasne so zahrnutím? Nie je ťažké odpovedať: rýchlosť šírenia elektriny nie je určená rýchlosťou pohybu elektrónov, ale súvisiacimi elektromagnetickými vlnami. Pulzy energie sa vyvíjajú na 100 až 200 000 km za sekundu.
Transformátor „neuspokojuje“, ale to v žiadnom prípade nehovorí o jeho „vnútornej“ tendencii k odpočinku. Interakcia prúdov vo vodičoch vedie k vzniku síl, ktoré majú tendenciu stlačiť vinutia vo výške, posunúť ich voči sebe navzájom, aby sa zvýšil priemer závitov. Vinutia je potrebné priviazať obväzmi, vzperami, klinmi.
Transformátor, ktorý praskne vnútornými silami, sa podobá spútanému obrovovi, ktorý sa snaží prelomiť reťaze. V tomto boji človek vždy vyhráva. Ale za skrotenými automobilmi potrebujete oko a oko. Na každej konštrukcii je nainštalovaných asi desať elektronických, reléových a plynových štítov, ktoré monitorujú teploty, prúdy, napätie, tlak plynu a pri najmenšej poruche vypnú napájanie, čím sa zabráni nehode.
Už vieme: hlavnou nevýhodou dnešných transformátorov je ich gigantizmus. Dôvod je tiež jasný: všetko záleží na vlastnostiach použitých materiálov. Takže, ak budete hľadať dobre, budú existovať aj iné nápady na konverziu elektriny, okrem tých, ktoré Faraday raz navrhol?
Bohužiaľ (a možno našťastie - kto vie) takéto nápady zatiaľ neexistujú a ich vzhľad je nepravdepodobný. Pokiaľ v energetickom sektore vládne striedavý prúd a existuje potreba zmeniť jeho napätie, myšlienka Faraday je nad konkurenciou.
Keďže sa nedá opustiť transformátor, možno bude možné znížiť ich počet?
Môžete ušetriť na transformátoroch, ak vylepšíte súčasný napájací systém. Moderná mestská elektrická sieť pripomína ľudský obehový systém. Z hlavného kábla sa vetvy „cez reťazovú reakciu“ vetvia na miestnych spotrebiteľov. Napätie sa postupne znižuje na 380 V a na všetkých úrovniach je potrebné nainštalovať transformátory.
Anglickí experti podrobne vypracovali ďalšiu, ziskovejšiu možnosť. V súlade s touto schémou ponúkajú energiu Londýne: do centra mesta vchádza kábel 275 tisíc. Tu je prúd usmernený a napätie „automaticky“ klesá na 11 000 voltov, jednosmerný prúd je dodávaný do tovární a obytných oblastí, je opäť premenený na striedavé a znižujúce sa napätie. Zmizne niekoľko úrovní napätia, menej transformátorov, káblov a súvisiacich zariadení.
Frekvencia súčasných výkyvov v našej krajine je 50 Hz. Ukazuje sa, že ak pôjdete na 200 Hz, hmotnosť transformátora sa zníži o polovicu! Zdá sa, že tu je skutočný spôsob, ako vylepšiť dizajn. Pri zvýšení frekvencie prúdu o faktor 4 sa však súčasne zvýšia odpory všetkých prvkov výkonovej sústavy a celková strata energie a napätia. Spôsob prevádzky linky sa zmení a jej reštrukturalizácia sa nevyplatí úsporami.
Napríklad v Japonsku funguje časť energetického systému pri 50 Hz a niektoré pri 60 Hz. Čo je jednoduchšie priviesť systém k jednému „menovateľovi“? Ale nie: nie je to brzdené iba súkromným vlastníctvom elektrární a vysokonapäťových vedení, ale aj vysokými nákladmi na nadchádzajúce zmeny.
Transformátor ABB
Veľkosť transformátorov sa dá znížiť nahradením dnešných magnetických a vodivých materiálov novými, oveľa lepšími vlastnosťami. Niečo sa už urobilo: napríklad postavené a testované supravodivé transformátory.
Chladenie samozrejme komplikuje konštrukciu, ale zisk je zrejmý: súčasné hustoty sa zvyšujú na 10 000 a oproti predchádzajúcej (1 a) za každý milimeter štvorcový prierezu drôtu. Stávkovanie na nízkoteplotné transformátory však riskuje len veľmi málo nadšencov, pretože výhoda vinutia je úplne neutralizovaná obmedzenými schopnosťami oceľového magnetického obvodu.
Ale v posledných rokoch tu bola cesta von: buď viazať primárne a sekundárne vinutia bez sprostredkovateľskej ocele - alebo nájsť materiály, ktoré majú lepšie magnetické vlastnosti ako železo. Prvý spôsob je veľmi sľubný a takéto „vzduchové“ transformátory už boli testované. Vinutia sú uzavreté v krabici vyrobenej zo supravodiča - ideálneho „zrkadla“ pre magnetické pole.
Políčko nedovoľuje pole von a neumožňuje jeho rozptyl v priestore. Už sme však povedali: magnetorezistencia vzduchu je veľmi veľká. Budete musieť zatočiť priveľa „primárnych“ zákrut a aplikovať na ne príliš vysoké prúdy, aby ste získali výraznú „sekundárnu“.
Ďalší spôsob, ako nové magnety, je tiež veľa. Ukázalo sa, že pri veľmi nízkych teplotách sa holmium, erbium, dysprosium stávajú magnetickými a ich saturačné polia sú niekoľkokrát väčšie ako u železa (!). Po prvé, tieto kovy patria do skupiny vzácnych zemín, a preto sú zriedkavé a drahé, a po druhé, straty hysterézie v nich budú s najväčšou pravdepodobnosťou oveľa vyššie ako v oceli.
V. Stepanov
Podľa materiálov časopisu „Mládežnícka technológia“
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: