kategoriler: Öne Çıkan Makaleler » İlginç gerçekler
Görüntülenme sayısı: 37323
Makaleye yorum: 4
Transformatörler hakkında ilginç gerçekler
Her teknik cihazın iki doğum günü vardır: çalışma prensibinin keşfi ve uygulanması. “Manyetizmanın elektriğe dönüşümü” üzerine yedi yıllık sıkı çalışmadan sonra bir transformatör fikri Michael Faraday tarafından verildi.
29 Ağustos 1831'de Faraday günlüğünde daha sonra tüm fizik ders kitaplarına giren bir deneyi anlattı. 15 cm çapında ve 2 cm kalınlığında bir demir halka üzerine, deneyci 15 m ve 18 m uzunluğunda iki tel ayrı ayrı sarmıştır, sargılardan biri boyunca bir akım aktığında, diğerinin terminallerindeki galvanometrenin okları sapmıştır!
Bilim adamı basit bir cihaz çağırdı "İndüksiyon bobini". Pil açıldığında, birincil sargıda akım (tabii ki sabit) kademeli olarak arttı. Demir halkada, büyüklüğü de değişen bir manyetik akı indüklendi. İkincil sargıda bir voltaj belirdi. Manyetik akı sınır değerine ulaşır ulaşmaz, "ikincil" akım kaybolur.
DBobinin çalışması için güç kaynağının her zaman açılması ve kapatılması gerekir (manuel olarak - bir bıçak anahtarı ile veya mekanik olarak - bir anahtarla).
Faraday Deneyimi İllüstrasyon
Faraday İndüksiyon Bobini
Pkalıcı veya değişken?
Faraday halkasından akım trafosuna çok uzaktı ve bilim o zaman bile kırıntılar hakkında gerekli verileri topladı. Amerikan Henry teli ipek iplikle sardı - yalıtım doğdu.
Fransız Foucault demir çubukları manyetik bir alanda döndürmeye çalıştı - ve şaşırdı: ısınıyorlardı. Bilim adamı sebebini anladı - alternatif bir manyetik alanda üretilen akımlar etkilendi. Girdap akımlarının yolunu sınırlamak için Edison'un bir çalışanı olan Fotonult, Upton, demir çekirdeğin prefabrik hale getirilmesini önerdi - ayrı sayfalardan.
1872'de Profesör Stoletov, yumuşak demirin mıknatıslanması konusunda temel bir çalışma yürüttü ve biraz sonra İngiliz Ewing, Royal Society'ye çeliğin mıknatıslanması tersine çevrilmesi sırasında enerji kayıpları hakkında bir rapor sundu.
“Histerezis” adı verilen bu kayıpların büyüklüğü (Yunanca “tarih” kelimesinden) gerçekten “geçmiş” örneğe bağlıydı. Güneşin arkasındaki ayçiçekleri gibi metal - etki alanları taneleri manyetik alandan sonra döner ve kuvvet çizgileri boyunca yönlendirilir. Burada harcanan iş ısıya dönüşür. Bu - zayıf veya güçlü bir şekilde - ve alanların hangi yöne yönlendirildiğine bağlıdır.
Manyetik ve iletken özellikler hakkında bilgi, miktar kaliteye dönüşene kadar kademeli olarak toplanır. Elektrik mühendisleri zaman zaman dünyaya sürprizler sundu, ancak transformatörler tarihindeki ana olay, 1876'da dünyayı Rusya'ya karşı şaşkına çeviren bir olay olarak düşünülmelidir.
Nedeni mum Yablochkova idi. "Lambalarda", iki paralel elektrot arasında bir yay yanıyordu. Sabit akımda, bir elektrot daha hızlı yanmıştır ve bilim adamı ısrarla bir çıkış yolu aramıştır.
Sonunda, birçok yolu denedi, alternatif akım kullanmaya karar verdi ve bak! - elektrot aşınması üniform hale gelmiştir. Yablochkov’un eylemi gerçekten kahramandı, çünkü o yıllarda elektrikli aydınlatma meraklıları ile gaz şirketlerinin sahipleri arasında şiddetli bir mücadele vardı. Ama sadece bu değil: elektriğin savunucuları da oybirliğiyle AC'ye karşı çıktılar.
Alternatif bir akım aldılar, ancak çok azı bunun ne olduğunu anladı. Gazeteler ve dergiler, alternatif akımın tehlikelerini tehdit eden uzun makaleler yayınladı: "Öldüren miktar değil, değişimi." Tanınmış elektrik mühendisi Chikolev şunları söyledi: “Alternatif akım bulunan tüm makineler, doğrudan akım olan makinelerle değiştirilmelidir.”
Daha az tanınmış uzman Lachinov, Yablochkova'yı açıkça suçladı, çünkü “doğru akım hiç iyi değil ve alternatif akım sadece parlayabilir.”“Neden beyefendiler - mumların yandaşları (Yablochkov'un ark mumları) onlara doğru akımı ciddi bir şekilde uygulamamaya çalışmalı; çünkü bu ve sadece bununla mum ışığının geleceğini sağlayabilirler ”diye yazdı.
Bu baskı altında Yablochkov'un sonunda mumlarını atması şaşırtıcı değil, ancak alternatif akımın kısmi “rehabilitasyonuna” ek olarak, indüksiyon bobinlerinin gerçek “yüzünü” açmayı başardı. Dizilere bağlı mumları son derece karamsardı. En kısa sürede bir lamba-ya sebep ortaya çıktı, diğer herkes anında dışarı çıktı.
Yablochkov, bobinlerin ana sargılarını “lambalar” yerine seri olarak bağladı. İkincisinde, mumları "dikti". Her bir "lambanın" davranışı, başkalarının çalışmalarını hiç etkilemedi.
Doğru, Yablochkov tasarımının indüksiyon bobinleri Faraday olanlardan farklıydı (daha iyisi için değil) - çekirdekleri bir halkaya yakın değildi. Ancak alternatif akım bobinlerinin periyodik olarak değil (devre açıldığında veya kapatıldığında) sürekli olarak çalışması, Rus mucit dünyasının şöhretini getirdi.
Altı yıl sonra, bir MSU tıp araştırmacısı olan Usagin, Yablochkov fikrini geliştirdi (veya daha doğrusu özetledi). Usagin, "ikincil jeneratörler" olarak adlandırdığı bobinlerin çıkış sargılarına farklı elektrikli cihazlar (sadece mumlar değil) bağladı.
Yablochkov ve Usagin'in bobinleri birbirinden biraz farklıydı. Modern dilde konuşan Yablochkova transformatörü voltajı arttırdı: ikincil sargıda birincil telden çok daha fazla ince tel dönüşü vardı.
Usagin transformatörü izole ediyor: her iki sargıdaki dönüş sayısı (3000), giriş ve çıkış voltajları (500 V) aynıydı.
ÖNEMLİ TARİHLER TAKVİMİ
Yablochkov’un indüksiyon bobinleri ve Usagin’in “ikincil jeneratörleri” bugün bildiğimiz özellikleri inanılmaz bir hızla elde etmeye başladı transformatörler.
1884 - Hopkinson kardeşler çekirdeği kapattı.
Önceden, manyetik akı çelik bir çubuktan ve kısmen kuzey kutbundan güneye - havada geçiyordu. Hava direnci demirinkinden 8 bin kat daha fazladır. İkincil sargı üzerinde fark edilebilir bir voltaj elde etmek, sadece birçok turdan geçen büyük akımlar için mümkün oldu. Çekirdek bir halka veya çerçeveye yapılırsa, direnç minimum düzeye indirilir.
1880'lerin Transformatörü Fırça elektrik ışık şirketi
1885 - Macar Dery, trafoları paralel olarak açma fikrini aldı. Bundan önce herkes seri bir bağlantı kullandı.
1886 - Yine Hopkinsons. Ohm yasasına göre manyetik devrelerin nasıl hesaplanacağını öğrendiler. İlk başta, elektrik ve manyetik devrelerdeki işlemlerin benzer formüllerle tanımlanabileceğini kanıtlamak zorundaydılar.
1889 - İsveçli Swinburne, çekirdek ve transformatör sargılarının aynı anda yalıtım rolünü oynayan mineral yağ ile soğutulmasını önerdi. Bugün, Swinburne'un fikri geliştirildi: sargılı bir çelik manyetik devre büyük bir tanka indirilir, tank bir kapakla kapatılır ve kuruduktan, ısıtıldıktan, tahliye edildikten, inert azot ve diğer işlemlerle doldurulduktan sonra yağ içine dökülür.
Transformatör - 19. yüzyılın sonu - 20. yüzyılın başı (İngiltere)
4000 kVA trafo (İngiltere) - 20. yüzyılın başında.
Akıntılar. 150 bine kadar a. Bunlar demir dışı metalleri eritmek için fırınları besleyen akımlardır. Kazalarda, mevcut dalgalanmalar 300-500 bine ulaşır. (Büyük fırınlardaki trafo kapasitesi 180 MW'a ulaşır, birincil voltaj 6-35 kV, 110 kV'a kadar yüksek güçlü fırınlarda, ikincil 50-300 V'de ve 1200 V'a kadar modern fırınlarda.)
Zarar. Enerjinin bir kısmı sargılarda kaybolur, bir kısmı - çekirdeği ısıtmak için (demirdeki girdap akımları ve histerezis kayıpları). Elektriksel ve manyetik hızlı değişim nzamanında ole (50 Hz - saniyede 50 kez) molekülleri veya yükleri birbirinden farklı şekilde yönlendirmeye zorlar: enerji yağ, bakalit silindirleri, kağıt, karton vb. d.
Transformatör sıcak yağını radyatörler üzerinden pompalamak için pompalar biraz güç alır.
Ve yine de, genel olarak, kayıplar ihmal edilebilir: 630 bin kW için en büyük transformatör tasarımlarından birinde, gücün sadece% 0,35'i sıkışır. Birkaç cihaz övünebilir. n. d. % 99,65'ten fazla.
Tam güç. En büyük transformatörler en güçlü jeneratörlere “bağlanır”, böylece güçleri çakışır. Bugün 300, 500, 800 bin kW güç ünitesi var, yarın bu rakamlar 1-1.5 milyona veya daha fazlasına yükselecek.
En güçlü transformatör. Avusturyalı şirket "Elin" tarafından üretilen ve Ohio'da bir termik santral için tasarlanmış en güçlü transformatör. Gücü 975 megavolt-amperdir, jeneratörler tarafından üretilen voltajı arttırmalıdır - 25 bin volt 345 bin volta (Bilim ve Yaşam, 1989, No. 1, s.5).
Dünyanın en büyük sekiz tek fazlı transformatörü 1,5 milyon kVA kapasiteye sahiptir. Transformatörlerin sahibi Amerikan şirketi Power Power Service'dir. Bunlardan 5 tanesi voltajı 765'ten 345 kV'ye düşürüyor. ("Bilim ve Teknoloji")
2007 yılında Holding Şirketi Elektrozavod (Moskova), daha önce Rusya'da üretilen en güçlü trafoyu üretti - TC-630000/330, 330 kV'luk bir voltaj için 630 MVA kapasiteli ve yaklaşık 400 ton ağırlığında. Yeni nesil transformatör, Rosenergoatom Endişesinin tesisleri için geliştirildi.
750 kV voltaj için 417 MVA kapasiteli yerli transformatör ORTs-417000/750
Tasarlayın. Herhangi bir amaç için herhangi bir transformatör beş bileşenden oluşur: manyetik devre, sargılar, tank, kapak ve burçlar.
En önemli detay - manyetik devre - her biri her iki tarafa yalıtım ile kaplanmış çelik saclardan oluşur - 0.005 mm kalınlığında bir vernik tabakası.
Örneğin, Kanada güç istasyonu Busheville (Batı Alman şirketi Siemens tarafından üretilen) transformatörlerinin boyutları aşağıdaki gibidir: yükseklik 10.5 m, kesit çapı 30 - 40 m.
Bu transformatörlerin ağırlığı 188 tondur.Taşıma sırasında radyatörler, genleştiriciler ve yağ dökülür ve hala demiryolu işçileri zor bir sorunu çözmek zorundadır: 135 ton şaka değil! Ancak böyle bir yük artık kimseyi şaşırtmıyor: Obrichheim nükleer santralinde 300 bin kW kapasiteli bir transformatör grubu var. Ana “konvertör” 208 ton ağırlığında, ayar bir - 101 ton.
Bu grubu yere teslim etmek için 40 metrelik bir demiryolu platformu gerekliydi! Güç mühendislerimiz için daha kolay değil: sonuçta, oluşturdukları tasarımlar dünyanın en büyük tasarımları arasında.
388 ton transformatör! (ABD)
İşi. Büyük bir transformatör 100 üzerinden 94 gün sürer. Ortalama yük hesaplananın yaklaşık% 55-65'idir. Bu çok savurgan, ama hiçbir şey yapılamaz: bir cihaz arızalanır, onun yetersizliği oldukça hızlı bir şekilde “iş yerinde yanar”. Örneğin, yapı% 40 aşırı yüklenirse, iki hafta içinde, normal hizmet yılında olduğu gibi yalıtımı yıpranacaktır.
Öğrenciler arasında uzun zamandır “Bir transformatör nasıl çalışır?” Sorusuna cevap veren eksantrik hakkında bir efsane var. "" Kaynakça "cevap verdi:" Oooo ... "Ama bugün bu gürültünün nedeni belli oluyor.
Birbirine zayıf bir şekilde bağlanmış çelik plakaların titreşimi, yağın kaynaması ve suçlanacak sargıların elastik deformasyonu olmadığı ortaya çıkıyor. Sebep manyetostriksiyon, yani mıknatıslama sırasında malzemenin boyutunda bir değişiklik olarak kabul edilebilir. Bu fiziksel fenomenle nasıl başa çıkılacağı hala bilinmiyor, bu nedenle transformatör tankı ses geçirmez kalkanlarla kaplıdır.
Transformatörlerin “sesleri” için normlar oldukça katıdır: 5 m mesafede - 70 desibelden (yüksek sesle konuşma, araba gürültüsü) fazla değil ve konut binalarının genellikle bulunduğu 500 m mesafede, yaklaşık 35 desibel (adımlar, sessiz müzik).
Böyle kısa bir inceleme bile iki önemli sonuç çıkarmamızı sağlar. Transformatörün ana avantajı hareketli parçaların olmamasıdır. Bu nedenle, yüksek bir k elde edilir. n. d., mükemmel güvenilirlik, kolay bakım. En büyük dezavantajı büyük ağırlık ve boyutlardır.
Ve hala boyutu arttırmanız gerekiyor: sonuçta, transformatörlerin gücü önümüzdeki yıllarda birkaç kez büyümelidir.
Transformatör Mitsubishi Electric - 760 MVA - 345 kV
MARŞI hareketsizlik
Transformatörler, teknolojinin en hareketsiz makineleridir. “BU GÜVENİLİR DEMİR GÜVERTE. .. ”Yani, tasarımın sadeliğini ve büyük ağırlığını vurgulayan Fransız, Janvier'yi transformatör olarak adlandırdı.
Ancak bu hareketsizlik açıktır: sargılar akımlarla çevrilidir ve manyetik akılar çelik çekirdek boyunca hareket eder. Bununla birlikte, elektronların hareketi hakkında ciddi bir şekilde konuşmak bir şekilde gariptir. Yüklü parçacıklar iletkenler boyunca zar zor kayıyor ve sadece yarım metre bir saat içinde hareket ediyor. “Etiketli” elektron grubunun giriş ve çıkış anları arasında yaklaşık bir yıl geçer.
Öyleyse, ikincil sargıdaki voltaj neden dahil ile neredeyse aynı anda gerçekleşir? Cevaplamak zor değil: elektriğin yayılma hızı, elektronların hareket hızıyla değil, ilişkili elektromanyetik dalgalarla belirlenir. Enerji darbeleri saniyede 100-200 bin km gelişir.
Transformatör "telaşlanmıyor", ancak bu hiçbir şekilde "iç" dinlenme eğiliminden bahsetmez. İletkenlerdeki akımların etkileşimi, sarımları yüksekliğe sıkıştırmaya, birbirine göre kaydırmaya, dönüşlerin çapını arttırmaya eğilimli kuvvetlerin ortaya çıkmasına neden olur. Sargıları bandajlar, payandalar, kamalar ile düzeltmek gerekir.
İç kuvvetlerle patlayan transformatör, zincirleri kırmaya çalışan zincirlenmiş bir devi andırıyor. Bu mücadelede bir kişi her zaman kazanır. Ancak evcilleştirilmiş arabaların arkasında bir göze ve göze ihtiyacınız var. Her yapıya sıcaklıkları, akımları, gerilimleri, gaz basıncını izleyen ve en ufak bir arıza durumunda gücü kapatan ve bir kazayı önleyen yaklaşık on elektronik, röle ve gaz kalkanı monte edilmiştir.
Zaten biliyoruz: bugünün transformatörlerinin ana dezavantajı devasalıklarıdır. Bunun nedeni de açıktır: hepsi kullanılan malzemelerin özelliklerine bağlıdır. Belki de, iyi arama yaparsanız, Faraday'ın bir zamanlar önerdiğinin yanı sıra, elektriği dönüştürmek için başka fikirler de olacak mı?
Ne yazık ki (ve belki de, neyse ki - kim bilir), henüz böyle bir fikir yoktur ve görünümleri olası değildir. Alternatif akım enerji sektöründe hüküm sürdüğü ve voltajını değiştirmeye ihtiyaç duyulduğu sürece Faraday fikri rekabetin ötesindedir.
Transformatörler terk edilemediğinden, belki de sayılarını azaltmak mümkün olacak?
Mevcut besleme sistemini iyileştirirseniz, transformatörlere "kaydedebilirsiniz". Modern kentsel elektrik ağı, insan dolaşım sistemine benzemektedir. Ana kablodan yerel zincirlere “zincirleme reaksiyon” yoluyla şubeler. Gerilim kademeli olarak 380 V'a düşürülür ve tüm seviyelerde transformatörlerin kurulması gerekir.
İngiliz uzmanlar başka, daha kârlı bir seçenek geliştirdiler. Bu şemaya göre Londra'ya güç vermeyi teklif ediyorlar: 275 bin kablo, şehir merkezine giriyor. Burada akım giderilir ve voltaj "otomatik olarak" 11 bin volta düşer, doğru akım fabrikalara ve yerleşim alanlarına verilir, tekrar alternatif voltaja dönüştürülür ve voltaj azalır. Birkaç voltaj seviyesi kaybolur, daha az transformatör, kablo ve ilgili cihazlar.
Ülkemizdeki mevcut dalgalanmaların sıklığı 50 Hz'dir. 200 Hz'ye giderseniz, transformatörün ağırlığının yarı yarıya azalacağı ortaya çıkıyor! Burada, tasarımı iyileştirmek için gerçek bir yol gibi görünüyor. Bununla birlikte, akımın frekansında 4 kat artışla, güç sisteminin tüm elemanlarının dirençleri ve toplam güç ve voltaj kaybı aynı anda aynı miktarda artacaktır. Hattın çalışma şekli değişecek ve yeniden yapılandırılması tasarrufla ödenmeyecek.
Japonya'da, örneğin, güç sisteminin bir kısmı 50 Hz, bir kısmı 60 Hz'de çalışır. Sistemi bir “paydaya” getirmek daha kolay olan nedir? Ancak hayır: bu sadece elektrik santrallerinin ve yüksek voltaj hatlarının özel mülkiyeti tarafından değil, aynı zamanda yaklaşan değişikliklerin yüksek maliyeti ile de engellenmektedir.
ABB Transformatörü
Günümüzün manyetik ve iletken malzemeleri daha iyi özelliklere sahip yenileriyle değiştirilirse, transformatörlerin boyutları azaltılabilir. Bir şey zaten yapıldı: örneğin, inşa edildi ve test edildi süper iletken transformatörler.
Tabii ki, soğutma tasarımı karmaşıklaştırır, ancak kazanç açıktır: akım yoğunlukları 10 bine yükselir ve tel kesitinin her bir milimetre karesi için bir öncekine (1 a) karşı. Bununla birlikte, sadece çok az sayıda meraklısı, düşük sıcaklıklı transformatörlerde bahis oynama riskiyle karşı karşıyadır, çünkü sarımdaki fayda, çelik manyetik devrenin sınırlı yetenekleri ile tamamen nötralize edilmiştir.
Ancak burada son yıllarda bir çıkış yolu vardı: birincil ve ikincil sargıları aracı - çelik olmadan bağlamak veya manyetik özelliklerde demirden daha iyi malzemeler bulmak. İlk yol çok umut vericidir ve bu tür "hava" transformatörleri zaten test edilmiştir. Sargılar, süper iletkenten yapılmış bir kutu içine konur - manyetik alan için ideal bir “ayna”.
Kutu alanın dışarı çıkmasına izin vermez ve uzayda dağılmasına izin vermez. Ama daha önce de söyledik: havanın manyetorezistansı çok büyük. Çok fazla "birincil" dönüşü sarmanız ve göze çarpan bir "ikincil" elde etmek için onlara çok yüksek akımlar uygulamak zorunda kalacaksınız.
Başka bir yol - yeni mıknatıslar - çok vaat ediyor. Çok düşük sıcaklıklarda holmiyum, erbium, disprosyumun manyetik hale geldiği ve doygunluk alanlarının demirinkinden birkaç kat daha büyük olduğu ortaya çıktı (!). Ancak, ilk olarak, bu metaller nadir toprak grubuna aittir ve bu nedenle nadir ve pahalıdır ve ikincisi, içlerindeki histerezis kayıpları, büyük olasılıkla çelikten çok daha yüksek olacaktır.
V. Stepanov
"Gençlik Teknolojisi" dergisinin materyallerine göre
Ayrıca bkz. electro-tr.tomathouse.com
: