kategorier: Udvalgte artikler » Interessante fakta
Antal visninger: 37323
Kommentarer til artiklen: 4
Interessante fakta om transformere
Hver teknisk enhed har to fødselsdage: opdagelsen af driftsprincippet og dets implementering. Idéen om en transformer efter syv års hårdt arbejde med ”transformation af magnetisme til elektricitet” blev givet af Michael Faraday.
Den 29. august 1831 beskrev Faraday i sin dagbog et eksperiment, der senere gik i alle fysikbøger. På en jernring med en diameter på 15 cm og en tykkelse på 2 cm, viklede eksperimentatoren to ledninger med en længde på 15 m og 18 m. Når en strøm flydede langs en af viklingerne, afvigede pilerne på galvanometeret på terminalerne på den anden!
Forskeren kaldte en enkel enhed "Induktionsspole". Da batteriet blev tændt, steg strømmen (overflødigt at sige konstant) gradvist i den primære vikling. En magnetisk flux blev induceret i jernringen, hvis størrelse også varierede. Der opstod en spænding i sekundærviklingen. Så snart magnetfluxen nåede sin grænseværdi, forsvandt den "sekundære" strøm.
DFor at spolen skal fungere, skal strømkilden tændes og slukkes hele tiden (manuelt ved hjælp af en afbryder eller mekanisk med en afbryder).
Faraday oplevelsesillustration
Faraday induktionsspole
Ppermanent eller variabel?
Fra Faraday-ringen til den aktuelle transformator var langt væk, og videnskaben indsamlede endda den nødvendige data om krummer. Amerikaneren Henry indpakket tråden med silketråd - isolering blev født.
Franskmanden Foucault forsøgte at dreje jernstængerne i et magnetfelt - og blev overrasket over: De varmet op. Forskeren forstod grunden - de strømme, der blev genereret i et vekslende magnetfelt, blev berørt. For at begrænse vejen til hvirvelstrømme foreslog Foucault, Upton, en medarbejder hos Edison, at man fremstiller jernkernen - fra separate ark.
I 1872 gennemførte professor Stoletov en grundlæggende undersøgelse af magnetiseringen af blødt jern, og lidt senere præsenterede engelskmanden Ewing en rapport til Royal Society om energitab under magnetisering af reversering af stål.
Størrelsen af disse tab, kaldet ”hysterese” (fra det græske ord ”historie”), afhang virkelig af ”fortiden” -prøven. Kerner af metal - domæner, som solsikker bag solen, roterer efter magnetfeltet og er orienteret langs kraftlinjerne. Arbejdet, der bruges på dette, bliver til varme. Det afhænger af, hvor - svagt eller stærkt - og i hvilken retning domænerne blev rettet.
Oplysninger om magnetiske og ledende egenskaber akkumuleres gradvist, indtil mængden blev til kvalitet. Elektriske ingeniører præsenterede fra tid til anden overraskelser for verden, men hovedbegivenheden i transformatorens historie skulle betragtes som en begivenhed, der fik verden i 1876 til at vende sig forbløffet over Rusland.
Årsagen var lyset Yablochkova. I "lamperne" brændte en bue mellem to parallelle elektroder. Ved konstant strøm brændte en elektrode hurtigere, og forskeren søgte vedvarende en udvej.
I sidste ende besluttede han, efter at have prøvet mange måder, at bruge vekselstrøm, og se og se! - elektrodeslitage er blevet ensartet. Yablochkovs handling var virkelig heroisk, for i disse år var der en hård kamp mellem elektriske lysentusiaster og ejerne af gasselskaber. Men ikke kun det: tilhængerne af elektricitet selv modtog igen enstemmigt AC.
De modtog vekselstrøm, men få forstod, hvad det var. Langsigtede artikler blev offentliggjort i aviser og magasiner, der truede farerne ved vekselstrøm: "det er ikke den mængde, der dræber, men dens ændring." Den kendte elektriske ingeniør Chikolev erklærede: "Alle maskiner med vekselstrøm skal udskiftes med maskiner med jævnstrøm."
Ikke mindre fremtrædende specialist Lachinov beskyldte offentligt Yablochkova, fordi "jævnstrøm er overhovedet god, og vekselstrøm kan kun skinne."”Hvorfor skulle herrer - tilhængere af stearinlys (Yablochkovs lyslys) ikke forsøge at alvorligt anvende jævnstrøm på dem; for med dette og kun dette kunne de give fremtiden for levende lys, ”skrev han.
Det er ikke overraskende, at Yablochkov til sidst kastede sine stearinlys under dette pres, men foruden delvis "rehabilitering" af vekselstrøm, formåede han at åbne det rigtige "ansigt" af induktionsspoler. Hans stearinlys, forbundet i serie, var ekstremt lunefulde. Så snart en lampe-enten gik årsagen ud, alle andre gik med det samme ud.
Yablochkov forbundet i serie i stedet for "lamper" de primære viklinger af spolerne. På det sekundære "plantede" han lys. Opførelsen af hver “lampe” påvirkede slet ikke andres arbejde.
Det er sandt, at induktionsspolerne til designet af Yablochkov adskilte sig (og ikke til det bedre) fra Faraday-dem - deres kerner lukkede sig ikke ind i en ring. Men det faktum, at vekselstrømspiralerne arbejdede kontinuerligt og ikke med jævne mellemrum (da kredsløbet blev tændt eller slukket), bragte den russiske opfinder verdensberømmelse.
Seks år senere udviklede (eller rettere opsummeret) Usagin, en MSU-medicinalforsker, ideen om Yablochkov. Usagin tilsluttede forskellige elektriske apparater (ikke kun stearinlys) til spolens udgangsviklinger, som han kaldte "sekundære generatorer".
Spolerne fra Yablochkov og Usagin var lidt forskellige fra hinanden. Når han talte på moderne sprog, øgede Yablochkova-transformeren spændingen: i den sekundære vikling var der meget flere tænder af tynd tråd end i den primære.
Usagin-transformer er isolerende: antallet af drejninger i begge viklinger var det samme (3000), såvel som indgangs- og udgangsspændingen (500 V).
KALENDER FOR VÆSENTLIGE DATOER
Yablochkovs induktionsspoler og Usagins "sekundære generatorer" begyndte at erhverve funktioner, som vi kender i dag med fantastisk hastighed transformers.
1884 - Hopkinson-brødrene lukkede kernen.
Tidligere gik magnetisk flux gennem en stålbjælke og delvist fra nordpolen mod syd - gennem luften. Luftmodstand er 8 tusind gange større end jern. At opnå en mærkbar spænding på den sekundære vikling var kun mulig for store strømme, der passerer gennem mange sving. Hvis kernen er lavet til en ring eller en ramme, reduceres modstanden til et minimum.
Transformator fra 1880'erne Børste elektrisk lys selskab
1885 - Ungarsk Dery fik ideen til at tænde transformere parallelt. Før dette brugte alle en seriel forbindelse.
1886 - Hopkinsons igen. De lærte, hvordan man beregner magnetiske kredsløb i henhold til Ohms lov. Først måtte de bevise, at processer i elektriske og magnetiske kredsløb kan beskrives med lignende formler.
1889 - Swede Swinburne foreslog at afkøle kernen og transformatorviklingerne med mineralolie, som samtidig spiller rollen som isolering. I dag er Swinburnes idé udviklet: et stålmagnetisk kredsløb med viklinger sænkes ned i en stor tank, tanken lukkes med et låg, og efter tørring, opvarmning, evakuering, fyldning med inert nitrogen og andre operationer hældes olie i det.
Transformator - sent 19. - begyndelse af det 20. århundrede (England)
4000 kVA transformer (England) - begyndelsen af det 20. cent.
Strømninger. Op til 150 tusind a. Dette er strømme, der foder ovne til smeltning af ikke-jernholdige metaller. I ulykker når de nuværende overspændinger 300-500 tusind a. (Transformatorens kapacitet på store ovne når 180 MW, den primære spænding er 6-35 kV, på højeffektovne op til 110 kV, sekundær 50-300V og i moderne ovne op til 1200 V.)
Tab. En del af energien går tabt i viklingerne, del - til opvarmning af kernen (hvirvelstrømme i jernet og hysteresetab). Hurtig skift af elektrisk og magnetisk nole i tide (50 Hz - 50 gange i sekundet) gør molekylerne eller ladningerne isoleret orienterende på forskellig vis: energi absorberes af olie, bakelitcylindre, papir, pap osv. d.
Pumper til pumpning af transformatorolie gennem radiatorer tager en vis strøm.
Og alligevel er tabene generelt ubetydelige: i en af de største transformator-design til 630 tusind kW sidder kun 0,35% af strømmen fast. Få enheder kan prale af. n. d. mere end 99,65%.
Fuld kraft. De største transformatorer er "knyttet" til de mest magtfulde generatorer, så deres kræfter falder sammen. I dag er der 300, 500, 800 tusind kW kraftaggregater. I morgen stiger disse tal til 1-1,5 millioner, eller endnu mere.
Den mest kraftfulde transformer. Den mest kraftfulde transformer fremstillet af det østrigske firma "Elin" og er designet til et termisk kraftværk i Ohio. Dets styrke er 975 megavoltampere, den skal øge spændingen genereret af generatorer - 25 tusind volt til 345 tusind volt (Science and Life, 1989, nr. 1, s. 5).
De otte største enfasetransformatorer i verden har en kapacitet på 1,5 millioner kVA. Transformere ejes af det amerikanske firma Power Power Service. 5 af dem reducerer spænding fra 765 til 345 kV. ("Videnskab og teknologi")
I 2007 producerede Holdingselskabet Elektrozavod (Moskva) den mest kraftfulde transformer, der tidligere var produceret i Rusland - TC-630000/330 med en kapacitet på 630 MVA for en spænding på 330 kV, vejer ca. 400 ton. Den nye generation af transformer blev udviklet til faciliteterne i Rosenergoatom-bekymring.
Boligtransformator ORTs-417000/750 med en kapacitet på 417 MVA for en spænding på 750 kV
Design. Enhver transformator til ethvert formål består af fem komponenter: magnetisk kredsløb, viklinger, tank, afdækning og bøsninger.
Den vigtigste detalje - det magnetiske kredsløb - består af stålplader, der hver er belagt på begge sider med isolering - et laklag med en tykkelse på 0,005 mm.
Dimensionerne for eksempel på transformerne fra det canadiske kraftværk Busheville (fremstillet af det vesttyske firma Siemens) er som følger: højde 10,5 m, tværsnitsdiameter 30 - 40 m
Vægten af disse transformere er 188 tons. Radiatorer, ekspansionsanlæg og olie hældes fra dem, når de transporteres, og stadig er jernbanearbejderne nødt til at løse et vanskeligt problem: 135 ton er ingen vittighed! Men en sådan belastning overrasker ikke nogen: I Obrichheim-kernekraftværket er der en transformergruppe med en kapacitet på 300.000 kW. Hovedkonverteren vejer 208 tons, justeringen - 101 tons.
For at levere denne gruppe til stedet var der brug for en jernbaneplatform på 40 meter! Det er ikke lettere for vores el-ingeniører: de design, de opretter, er trods alt blandt de største i verden.
388 tons transformer! (USA)
Arbejde. En stor transformator varer 94 dage ud af 100. Den gennemsnitlige belastning er ca. 55-65% af det beregnede. Dette er meget spildt, men intet kan gøres: en enhed vil mislykkes, dens underudgave ganske hurtigt bogstaveligt "udbrændes på arbejdet". Hvis for eksempel strukturen er overbelastet med 40%, vil isoleringen på to uger slides, som i et års normal drift.
Blandt studerende har der længe været en legende om en eksentriker, der besvarer spørgsmålet "Hvordan fungerer en transformer?" "" Ressourcemæssigt "svarede:" Oooo ... "Men først i dag bliver årsagen til denne støj klar.
Det viser sig, at det ikke er vibrationer af stålplader, der er dårligt bundet til hinanden, kogning af olie og den elastiske deformation af viklingerne, der er skylden. Årsagen kan betragtes som magnetostriktion, det vil sige en ændring i materialets størrelse under magnetisering. Hvordan man håndterer dette fysiske fænomen er stadig ukendt, så transformatortanken er foret med lydisolerede afskærmninger.
Normerne for “stemmer” fra transformatorer er ret strenge: i en afstand af 5 m - højst 70 decibel (niveau for højttale, bilstøj) og i en afstand af 500 m, hvor boligbygninger normalt er placeret, ca. 35 decibel (trin, stille musik).
Selv en sådan kort gennemgang giver os mulighed for at drage to vigtige konklusioner. Den største fordel ved transformeren er fraværet af bevægelige dele. På grund af dette opnås en høj k. n. d., fremragende pålidelighed, let vedligeholdelse. Den største ulempe er den enorme vægt og dimensioner.
Og du er stadig nødt til at øge størrelsen: når alt kommer til alt, bør transformatorernes kraft vokse flere gange i de kommende årtier.
Transformator Mitsubishi Electric - 760 MVA - 345 kV
ANTHEM immobilitet
Transformatorer er de mest bevægelige teknologier. ”DETTE PÅLYGELIGE JERN DECK. .. ”Så understreger franskmanden Janvier, der understregede designets enkelhed og den store vægt, transformatorer.
Men denne immobilitet er åbenbar: viklingerne er omgivet af strømme, og magnetiske flukser bevæger sig langs stålkernen. Dog alvorligt at tale om bevægelse af elektroner er på en eller anden måde akavet. Opladede partikler kryber knap langs lederne og bevæger sig på en times tid kun en halv meter. Mellem de øjeblikke, hvor den “mærkede” gruppe af elektroner kommer ind og ud, går der cirka et år.
Hvorfor sker spændingen i den sekundære vikling næsten samtidig med inkluderingen? Det er ikke svært at besvare: hastigheden for forplantning af elektricitet bestemmes ikke af elektronernes bevægelseshastighed, men af de tilhørende elektromagnetiske bølger. Energipulser udvikler 100-200 tusinde km i sekundet.
Transformatoren "ophører ikke", men dette taler på ingen måde om sin "indre" tendens til hvile. Samspillet mellem strømme i lederne fører til udseendet af kræfter, der har tendens til at komprimere viklingerne i højden, for at skifte dem i forhold til hinanden for at øge diameteren på svingene. Det er nødvendigt at samle viklingerne med bandager, stivere, kiler.
Burst med interne kræfter ligner transformeren en kædet kæmpe, der stræber efter at bryde kæder. I denne kamp vinder en person altid. Men bag temmede biler har du brug for øje og øje. Cirka ti elektroniske, relæ- og gasafskærmninger er installeret på hver struktur, der overvåger temperaturer, strømme, spændinger, gastryk og ved den mindste funktionsfejl slukker for strømmen og forhindrer en ulykke.
Vi ved allerede: den største ulempe ved dagens transformere er deres gigantisme. Årsagen til dette er også klar: det hele afhænger af egenskaberne for de anvendte materialer. Så måske, hvis du søger godt, vil der være andre ideer til konvertering af elektricitet ud over den, som Faraday engang foreslog?
Desværre (og måske heldigvis - hvem ved det) er der ingen sådanne ideer endnu, og deres udseende er usandsynlig. Så længe vekselstrøm hersker i energisektoren, og der stadig er et behov for at ændre dens spænding, er Faraday-tanken uden for konkurrencen.
Da transformatorer ikke kan opgives, vil det måske være muligt at reducere deres antal?
Du kan "gemme" på transformere, hvis du forbedrer det nuværende forsyningssystem. Det moderne by-elektricitetsnet ligner det menneskelige kredsløbssystem. Fra hovedkablet grener "gennem en kædereaktion" filial til lokale forbrugere. Spændingen reduceres gradvist med trin til 380 V, og på alle niveauer er det nødvendigt at installere transformere.
Engelske eksperter har i detaljer udviklet en anden, mere rentabel mulighed. De tilbyder magt London i henhold til denne ordning: et kabel på 275 tusind kommer ind i byens centrum. Her korrigeres strømmen, og spændingen "falder automatisk" til 11.000 volt, jævnstrøm leveres til fabrikker og boligområder, konverteres igen til vekslende spænding og falder i spænding. Flere spændingsniveauer forsvinder, færre transformere, kabler og relaterede enheder.
Hyppigheden af aktuelle udsving i vores land er 50 Hz. Det viser sig, at hvis du går til 200 Hz, vil transformerens vægt blive reduceret med halvdelen! Her ser det ud til at være en reel måde at forbedre designet på. Med en stigning i strømfrekvensen med en faktor 4 øges imidlertid modstanderne for alle elementer i kraftsystemet og det totale tab af strøm og spænding på samme tid. Driftsmåden for linjen ændres, og dens omstrukturering vil ikke betale sig med besparelser.
I Japan fungerer for eksempel en del af elsystemet ved 50 Hz og nogle på 60 Hz. Hvad er lettere at bringe systemet til en ”nævner”? Men nej: dette er ikke kun hindret af privat ejerskab af kraftværker og højspændingsledninger, men også af de høje omkostninger ved kommende ændringer.
ABB Transformer
Størrelsen på transformere kan reduceres ved at erstatte nutidens magnetiske og ledende materialer med nye, meget bedre egenskaber. Der er allerede gjort noget: for eksempel bygget og testet superledende transformere.
Afkøling komplicerer selvfølgelig designet, men gevinsten er indlysende: strømtætheden øges til 10 tusind og imod førstnævnte (1 a) for hver kvadratmilimeter af ledningens tværsnit. Imidlertid risikerer kun meget få entusiaster at spille på lavtemperaturtransformatorer, fordi fordelen ved viklingen er fuldstændigt neutraliseret af det begrænsede kapacitet i det magnetiske stålkredsløb.
Men her i de senere år har der været en udvej: enten at binde de primære og sekundære viklinger uden et mellemled - stål, eller at finde materialer, der er bedre end jern med magnetiske egenskaber. Den første måde er meget lovende, og sådanne "luft" -transformatorer er allerede testet. Viklingerne er lukket i en kasse lavet af en superleder - et ideelt "spejl" til et magnetfelt.
Boksen slipper ikke marken ud og tillader den ikke at sprede sig i rummet. Men vi har allerede sagt: magnetoresistansen af luft er meget stor. Du bliver nødt til at vinde for mange "primære" vendinger og anvende for høje strømme på dem for at få en mærkbar "sekundær".
En anden måde - nye magneter - lover også meget. Det viste sig, at ved meget lave temperaturer bliver holmium, erbium, dysprosium magnetiske, og deres mætningsfelter er flere gange større end jern (!). Men for det første hører disse metaller til gruppen af sjældne jordarter og er derfor sjældne og dyre, og for det andet vil hysteresetabene i dem sandsynligvis være meget højere end i stål.
V. Stepanov
Ifølge materialerne i tidsskriftet "Youth Technology"
Se også på elektrohomepro.com
: