kategorier: Utvalgte artikler » Interessante fakta
Antall visninger: 37323
Kommentarer til artikkelen: 4
Interessante fakta om transformatorer
Hver teknisk enhet har to bursdager: oppdagelsen av prinsippet om drift og implementering. Ideen om en transformator etter syv år med hardt arbeid med "transformasjon av magnetisme til elektrisitet" ble gitt av Michael Faraday.
29. august 1831 beskrev Faraday i sin dagbok et eksperiment som senere gikk inn i alle fysikkens lærebøker. På en jernring med en diameter på 15 cm og en tykkelse på 2 cm, viklet eksperimentatoren to ledninger 15 og 18 m lange. Når en strøm strømmet gjennom en av viklingene, ble galvanometerpilene på terminalene til den andre avledet!
Forskeren kalte et enkelt apparat "Induksjonsspole". Da batteriet ble slått på, økte strømmen (unødvendig å si, konstant) gradvis i den primære viklingen. En magnetisk fluks ble indusert i jernringen, hvis størrelse også varierte. Det oppsto en spenning i sekundærviklingen. Så snart magnetfluksen nådde sin grenseverdi, forsvant den "sekundære" strømmen.
DFor at spolen skal fungere, må strømkilden slås av og på hele tiden (manuelt - med knivbryter eller mekanisk - med en bryter).
Faraday Experience Illustrasjon
Faraday Induksjonsspole
Ppermanent eller variabel?
Fra Faraday-ringen til den nåværende transformatoren var langt borte, og vitenskapen samlet selv den nødvendige data om smuler. Amerikaneren Henry pakket ledningen med silketråd - isolasjon ble født.
Franskmannen Foucault prøvde å rotere jernstengene i magnetfelt - og ble overrasket: de varmet opp. Forskeren forsto grunnen - strømningene som ble generert i et vekslende magnetfelt påvirket. For å begrense banen til virvelstrømmene til Foucault, foreslo Upton, en ansatt i Edison, å lage jernkjernen prefabrikert - fra separate ark.
I 1872 gjennomførte professor Stoletov en grunnleggende studie om magnetisering av mykt jern, og litt senere presenterte engelskmannen Ewing for Royal Society en rapport om energitap under magnetisering av reversering av stål.
Omfanget av disse tapene, kalt "hysterese" (fra det greske ordet "historie"), var virkelig avhengig av "fortiden" -utvalget. Korn av metall - domener, som solsikker bak solen, roterer etter magnetfeltet og er orientert langs kraftlinjene. Arbeidet som ble brukt på dette blir til varme. Det kommer an på hvor - svakt eller sterkt - og i hvilken retning domenene ble rettet.
Informasjon om magnetiske og ledende egenskaper akkumulerte gradvis til mengden ble til kvalitet. Fra tid til annen presenterte elektriske ingeniører verden med overraskelser, men hovedhendelsen i transformatorens historie bør betraktes som en hendelse som fikk verden i 1876 til å snu seg under forundring overfor Russland.
Årsaken var lyset Yablochkova. I "lampene" brant det en bue mellom to parallelle elektroder. Ved konstant strøm brant en elektrode raskere, og forskeren søkte vedvarende en vei ut.
Til slutt bestemte han seg, etter å ha prøvd mange måter, å bruke vekselstrøm, og se og se! - elektrodeslitasje har blitt ensartet. Yablochkovs handling var virkelig heltemodig, fordi det i de årene var en hard kamp mellom elektriske lysentusiaster og eierne av gasselskaper. Men ikke nok med det: talsmenn for elektrisitet selv, på sin side, motsatte seg enstemmig AC.
De fikk vekselstrøm, men få forsto hva det var. Langsiktige artikler ble publisert i aviser og tidsskrifter som truet farene ved vekselstrøm: "det er ikke mengden som dreper, men dens endring." Den kjente elektroingeniøren Chikolev erklærte: "Alle maskiner med vekselstrøm må byttes ut med maskiner med likestrøm."
Ikke mindre fremtredende spesialist Lachinov beskyldte offentlig Yablochkova, fordi "likestrøm er bra i det hele tatt, og vekselstrøm kan bare skinne."“Hvorfor skal ikke herrene - tilhengere av stearinlys (Yablochkovs lyslys) ikke forsøke å bruke likestrøm på alvor; fordi med dette og bare dette kunne de gi fremtiden for levende lys, ”skrev han.
Det er ikke overraskende at Yablochkov til slutt kastet lysene sine under dette presset, men i tillegg til delvis "rehabilitering" av vekselstrøm, klarte han å åpne det sanne "ansiktet" til induksjonsspolene. Hans stearinlys, koblet i serie, var ekstremt lunefulle. Så snart en lampe-enten gikk grunnen ut, alle andre gikk straks ut.
Yablochkov koblet i serie i stedet for "lamper" de primære viklingene på spolene. På sekundæren "plantet" han lys. Oppførselen til hver “lampe” påvirket overhode ikke andres arbeid.
Riktignok skilte induksjonsspolene til designen av Yablochkov seg (og ikke til det bedre) fra Faraday-ene - kjernene deres lukket seg ikke inn i en ring. Men det at vekselstrømspolene fungerte kontinuerlig, og ikke med jevne mellomrom (da kretsen ble slått av eller på), brakte den russiske oppfinner verdensberømmelse.
Seks år senere utviklet (eller snarere oppsummert) Usagin, en MSU-medisinforsker, ideen om Yablochkov. Usagin koblet forskjellige elektriske apparater (ikke bare stearinlys) til utgangsviklingene på spolene, som han kalte "sekundære generatorer".
Spolene til Yablochkov og Usagin var noe forskjellige fra hverandre. Når han snakket på moderne språk, økte Yablochkova-transformatoren spenningen: i sekundærviklingen var det mye mer svinger av tynn ledning enn i den primære.
Usagin-transformator er isolerende: antall svinger i begge viklingene var det samme (3000), så vel som inngangs- og utgangsspenningen (500 V).
KALENDER AV VÆSENTLIGE DATOER
Yablochkovs induksjonsspoler og Usagins “sekundære generatorer” begynte å skaffe funksjoner som vi kjenner i dag med fantastisk fart transformers.
1884 - Hopkinson-brødrene lukket kjernen.
Tidligere gikk magnetisk fluks gjennom en stålstang, og delvis fra nordpolen til sør - gjennom luften. Luftmotstanden er 8 tusen ganger større enn den for jern. For å oppnå en merkbar spenning på sekundærviklingen var det bare mulig for store strømmer som går gjennom mange svinger. Hvis kjernen er gjort til en ring eller en ramme, reduseres motstanden til et minimum.
Transformator på 1880-tallet Børst elektrisk lys selskap
1885 - Ungarsk Dery fikk ideen om å slå på transformatorer parallelt. Før dette brukte alle en seriell tilkobling.
1886 - Hopkinsons igjen. De lærte å beregne magnetiske kretsløp i henhold til Ohms lov. Til å begynne med måtte de bevise at prosesser i elektriske og magnetiske kretsløp kan beskrives med lignende formler.
1889 - Svensken Swinburne foreslo å avkjøle kjernen og transformatorviklingene med mineralolje, som samtidig spiller rollen som isolasjon. I dag er Swinburnes idé utviklet: en stålkjerne med viklinger senkes ned i en stor tank, tanken lukkes med lokk, og etter tørking, oppvarming, evakuering, fylling med inert nitrogen og andre operasjoner helles olje i den.
Transformator - slutten av det 19. - begynnelsen av det 20. århundre (England)
4000 kVA transformator (England) - begynnelsen av det 20. cent.
Strømninger. Opptil 150 tusen a. Dette er strømningene som mater ovner for smelting av ikke-jernholdige metaller. I ulykker når dagens strømstøt 300-500 tusen a. (Transformatorens kapasitet på store ovner når 180 MW, primærspenningen er 6-35 kV, på høykraftovner opp til 110 kV, sekundær 50-300 V, og i moderne ovner opp til 1200 V.)
Tap. En del av energien går tapt i viklingene, del - for oppvarming av kjernen (virvelstrømmer i jernet og hysteresetap). Rask bytte av elektrisk og magnetisk nolje i tid (50 Hz - 50 ganger per sekund) gjør at molekyler eller ladninger isolert orienterer seg annerledes: energi tas opp av olje, bakelitesylindere, papir, papp, etc. d.
Pumper for å pumpe transformator varm olje gjennom radiatorer tar litt kraft.
Og likevel, generelt, er tapene ubetydelige: i en av de største transformator-designene for 630 000 kW, blir bare 0,35% av kraften sittende fast. Få enheter kan skryte av. n. d. mer enn 99,65%.
Full kraft. De største transformatorene er "festet" til de kraftigste generatorene, så kreftene deres faller sammen. I dag er det 300, 500, 800 tusen kW kraftaggregater, i morgen vil disse tallene øke til 1-1,5 millioner, eller enda mer.
Den kraftigste transformatoren. Den kraftigste transformatoren produsert av det østerrikske selskapet "Elin" og er designet for et termisk kraftverk i Ohio. Kraften er 975 megavoltampere, den må øke spenningen som genereres av generatorer - 25 tusen volt til 345 tusen volt (Science and Life, 1989, nr. 1, s. 5).
De åtte største enfasetransformatorene i verden har en kapasitet på 1,5 millioner kVA. Transformatorer eies av det amerikanske selskapet Power Power Service. 5 av dem reduserer spenningen fra 765 til 345 kV. ("Vitenskap og teknologi")
I 2007 produserte Holdingselskapet Elektrozavod (Moskva) den kraftigste transformatoren som tidligere er produsert i Russland - TC-630000/330 med en kapasitet på 630 MVA for en spenning på 330 kV, som veier rundt 400 tonn. Den nye generasjonstransformatoren ble utviklet for fasilitetene til Rosenergoatom Bekymring.
Husstransformator ORTs-417000/750 med en kapasitet på 417 MVA for en spenning på 750 kV
Design. Enhver transformator for ethvert formål består av fem komponenter: magnetisk krets, viklinger, tank, deksel og gjennomføringer.
Den viktigste detalj - magnetkretsen - består av stålplater, som hver er belagt på begge sider med isolasjon - et lakklag med en tykkelse på 0,005 mm.
Dimensjonene til for eksempel transformatorene til det kanadiske kraftstasjonen Busheville (produsert av det vesttyske selskapet Siemens) er som følger: høyde 10,5 m, tverrsnittsdiameter 30 - 40 moh.
Vekten på disse transformatorene er 188 tonn. Radiatorer, ekspanderere og olje helles fra dem under transport, og fremdeles må jernbanearbeiderne løse et vanskelig problem: 135 tonn er ingen spøk! Men en slik belastning overrasker ingen: ved kjernekraftverket Obrichheim er det en transformatorgruppe med en kapasitet på 300 tusen kW. Hovedkonverteren veier 208 tonn, justeringen - 101 tonn.
For å levere denne gruppen til stedet, var det nødvendig med en 40-meters jernbaneplattform! Det er ikke enklere for våre kraftingeniører: designene de lager er tross alt blant de største i verden.
388 tonn transformator! (USA)
Work. En stor transformator varer 94 dager av 100. Gjennomsnittlig belastning er omtrent 55-65% av beregnet. Dette er veldig bortkastet, men ingenting kan gjøres: en enhet vil mislykkes, dens undertrykkelse ganske raskt bokstavelig talt "brenner ut på jobb". Hvis for eksempel strukturen er overbelastet med 40%, vil isolasjonen på to uker slites ut, som i et år med normal drift.
Blant studentene har det lenge vært en legende om en eksentriker som svarer på spørsmålet "Hvordan fungerer en transformator?" "" Ressursmessig "svarte:" Oooo ... "Men bare i dag blir årsaken til denne støyen klar.
Det viser seg at det ikke er vibrasjonen av stålplater som er dårlig bundet til hverandre, kokingen av olje og den elastiske deformasjonen av viklingene som har skylden. Årsaken kan betraktes som magnetostriksjon, det vil si en endring i størrelsen på materialet under magnetisering. Hvordan man takler dette fysiske fenomenet er fremdeles ukjent, så transformatortanken er foret med lydisolerte skjold.
Normene for "stemmene" til transformatorer er ganske strenge: i en avstand på 5 m - ikke mer enn 70 desibel (nivå av høy tale, bilstøy), og i en avstand på 500 m, der boligbygg vanligvis befinner seg, omtrent 35 desibel (trinn, rolig musikk).
Selv en så kort gjennomgang gjør at vi kan trekke to viktige konklusjoner. Hovedfordelen med transformatoren er fraværet av bevegelige deler. På grunn av dette oppnås en høy k. n. d., utmerket pålitelighet, enkelt vedlikehold. Den største ulempen er den enorme vekten og dimensjonene.
Og du må fortsatt øke størrelsen: Tross alt skal kraften til transformatorer vokse flere ganger de kommende tiårene.
Transformator Mitsubishi Electric - 760 MVA - 345 kV
ANTHEM immobilitet
Transformatorer er teknologiens mest bevegelsesløse maskiner. “DETTE PÅLITELIGE JERNDEKK. .. ”Så, med vekt på enkelheten i designet og den store vekten, kalte franskmannen Janvier transformatorer.
Men denne immobiliteten er tydelig: viklingene er omgitt av strømmer, og magnetiske flukser beveger seg langs stålkjernen. Å snakke alvorlig om bevegelse av elektroner er imidlertid på en måte vanskelig. Ladede partikler kryper knapt langs lederne og beveger seg i løpet av en time bare en halv meter. Mellom øyeblikkene av inn- og utkjøring av den "merkede" gruppen av elektron, går det omtrent ett år.
Hvorfor oppstår spenningen i sekundærviklingen nesten samtidig med inkluderingen? Det er ikke vanskelig å svare på: hastigheten til forplantning av elektrisitet bestemmes ikke av bevegelseshastigheten til elektroner, men av de tilhørende elektromagnetiske bølgene. Energipulser utvikler 100-200 tusen km i sekundet.
Transformatoren "oppstyrer ikke", men dette taler på ingen måte om sin "indre" tendens til å hvile. Samspillet mellom strømmer i lederne fører til utseendet til krefter som har en tendens til å komprimere viklingene i høyden, for å forskyve dem i forhold til hverandre, for å øke diameteren på svingene. Det er nødvendig å feste viklingene med bandasjer, stivere, kiler.
Sprengende med indre krefter ligner transformatoren en sjaklet kjempe som prøver å bryte kjeder. I denne kampen vinner alltid en person. Men bak temte biler trenger du øye og øye. Cirka ti elektroniske, relé- og gassskjold er installert på hver struktur, som overvåker temperaturer, strømmer, spenninger, gasstrykk og, ved minste feil, slår av strømmen og forhindrer en ulykke.
Vi vet allerede: den største ulempen med dagens transformatorer er deres gigantisme. Årsaken til dette er også tydelig: det avhenger av egenskapene til materialene som brukes. Så kanskje du, hvis du søker godt, vil være andre ideer for å konvertere strøm, i tillegg til den som Faraday en gang foreslo?
Dessverre (og kanskje heldigvis - hvem vet), er det ingen slike ideer ennå, og deres utseende er usannsynlig. Så lenge vekselstrøm hersker i energisektoren og det fortsatt er behov for å endre spenningen, er ideen om Faraday utenfor konkurranse.
Siden transformatorer ikke kan forlates, vil det kanskje være mulig å redusere antallet?
Du kan "lagre" på transformatorer, hvis du forbedrer det gjeldende forsyningssystemet. Det moderne urbane elektrisitetsnettet ligner det menneskelige sirkulasjonssystemet. Fra hovedkabelen grener "gjennom en kjedereaksjon" grenen til lokale forbrukere. Spenningen reduseres gradvis med trinn til 380 V, og på alle nivåer er det nødvendig å installere transformatorer.
Engelske eksperter har utviklet i detalj et annet, mer lønnsomt alternativ. De tilbyr å makt London i henhold til denne ordningen: en kabel på 275 tusen, kommer inn i sentrum. Her blir strømmen utbedret, og spenningen "automatisk" synker til 11 tusen volt, likestrøm tilføres fabrikker og boligområder, blir omgjort til vekslende spenning og avtar i spenning. Flere spenningsnivåer forsvinner, færre transformatorer, kabler og relaterte enheter.
Hyppigheten av strømssvingninger i landet vårt er 50 Hz. Det viser seg at hvis du går til 200 Hz, vil transformatorens vekt reduseres med halvparten! Her virker det som en ekte måte å forbedre designen på. Med en økning i frekvensen av strømmen med en faktor 4, vil imidlertid motstandene til alle elementene i kraftsystemet og det totale tapet av kraft og spenning øke samtidig. Driftsmodusen for linjen vil endre seg, og omstruktureringen vil ikke lønne seg med sparing.
I Japan fungerer for eksempel en del av kraftsystemet på 50 Hz, og noen på 60 Hz. Hva er lettere å bringe systemet til en "nevner"? Men nei: dette hindres ikke bare av privat eierskap til kraftverk og høyspenningslinjer, men også av høye kostnader for kommende endringer.
ABB Transformer
Størrelsen på transformatorer kan reduseres ved å erstatte dagens magnetiske og ledende materialer med nye, mye bedre egenskaper. Noe er allerede gjort: for eksempel bygget og testet superledende transformatorer.
Selvfølgelig kompliserer kjøling designet, men gevinsten er åpenbar: strømtettheten øker til 10 000, og mot den forrige (1 a) for hver kvadrat millimeter av ledningstverrsnittet. Imidlertid risikerer bare noen få entusiaster å satse på lavtemperaturtransformatorer, fordi fordelen med viklingen er fullstendig nøytralisert av de begrensede egenskapene til stålmagnetkretsen.
Men her har de siste årene vært en vei ut: enten å binde primær- og sekundærviklingene uten mellomledd - stål, eller å finne materialer som er bedre enn jern med magnetiske egenskaper. Den første måten er veldig lovende, og slike "luft" -transformatorer er allerede testet. Viklingene er lukket i en boks laget av en superleder - et ideelt "speil" for et magnetfelt.
Boksen slipper ikke feltet ut og lar det ikke spre seg i verdensrommet. Men vi har allerede sagt: magnetoresistansen til luft er veldig stor. Du må vikle for mange "primære" svinger og bruke for høye strømmer på dem for å få en merkbar "sekundær".
En annen måte - nye magneter - lover også mye. Det viste seg at ved veldig lave temperaturer blir holmium, erbium, dysprosium magnetisk, og metningsfeltene deres er flere ganger større enn jern (!). Men for det første hører disse metaller til gruppen sjeldne jordarter, og er derfor sjeldne og dyre, og for det andre vil hysteresetapene i dem etter all sannsynlighet være mye høyere enn i stål.
V. Stepanov
I følge materialene i tidsskriftet "Youth Technology
Se også på elektrohomepro.com:
