Трансформаторостроение, как отрасль имеет свою вековую историю. Продукт этого производства трансформатор — это результат научного поиска и инженерной мысли целого поколения ученых и изобретателей. Он и сегодня остается наиважнейшим компонентом любой энергетической системы. Эта умная машинка трудится в самых различных областях современной электроэнергетики и связи. С чего же все начиналось? Об этом и не только, наше сегодняшнее повествование.
В 1820 году научный мир потрясло открытие датского физика Ханса Кристиана Эрстеда, который экспериментально доказал, что электрический ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле.
Это заявление полностью опровергло представления ученых того времени об электрических и магнитных силах, как о совершенно различных и независимых друг от друга. Естественно, тут же возник вопрос: если электрический ток может порождать магнитное поле, то вполне вероятно, что и магнитное поле может порождать электрический ток.
Доказать существование этого взаимодействия между электрическими и магнитными полями удалось в 1831 году английскому физику Майклу Фарадею. Он доказал, что для порождения магнитным полем тока в проводнике необходимо, чтобы поле было переменным. Фарадей экспериментировал, изменяя напряженность магнитного поля, замыкая и прерывая электрическую цепь, порождающую поле.
Тот же эффект достигался, во время экспериментов с переменным током, т. е. током, направление которого меняется со временем. Это явление взаимодействия между электрическими и магнитными силами получило название электромагнитной индукции. Оно-то и легло в последствии в основу нового тогда изобретения — трансформатора.
Однако сам прибор был сконструирован лишь 45 лет спустя. Тогда это событие стало настоящей революцией в электротехнике — наконец-то появился прибор, способный передавать и распределять электрическую энергию в цепях электрического освещения. Но это было потом.
А тогда трансформатор Майкла Фарадея состоял из нескольких медных обмоток, навитых на замкнутый тероидальный железный сердечник-магнитопровод. Сейчас можно со всей уверенностью утверждать, что первый трансформатор Фарадея был однофазным.
Устройство, ставшее прообразом всего современного многообразия преобразователей напряжения, в своей основе состоит из двух обмоток: первичной и вторичной. Ток, протекающий во вторичной обмотке, индуцирует электродвижущую силу в первичной, и наоборот, т.е. индукция между первичной и вторичной обмотками взаимна. Более того, как в первичной, так и во вторичной обмотках возникают свои собственные электродвижущие силы, поскольку их витки обхватывают свои собственные силовые линии.
Это явление, получившее название самоиндукции, как и явление взаимной индукции, тоже легло в основу действия трансформатора. Однако, для эффективной работы этого устройства необходимо между обмотками установить связь, причем, каждая из обмоток должна обладать высокой степенью самоиндукции.
Добиться этого можно, намотав первичную и вторичную обмотки на железный сердечник, как это делал Фарадей в своих первых экспериментах. Он установил, что железо увеличивает количество силовых линий магнитного поля почти в 10000 раз.
Много позже о материалах с подобными свойствами стали говорить, как о веществах с высокой магнитной проницаемостью. В такой конструкции железный сердечник, локализуя поток магнитной индукции, пространственно разделяет обмотки трансформатора, оставляя их индуктивно связанными.
Так железный сердечник стал непременной составной частью всех силовых трансформаторов. Такая конструкция используется, и по сей день. Провод же для обмоток должен быть из материала с очень низким электрическим сопротивлением. В этом случае, как нельзя лучше, подходит медь.
"Днем рождения" трансформаторов считают 30 ноября 1876 года, когда Павел Николаевич Яблочков получил французский патент, в котором был описан принцип действия и способ применения трансформатора.
В развитие и совершенствование конструкции трансформатора, предложенного П. Яблочковым, внесли вклад: русский инженер И. Усагин (1882 г.), англичане Горяр и Гиббс (1885 г.), венгерские инженеры Циперновский, Дери и Блати (1885 г.).
Шли годы, все более четкие контуры приобретали такие понятия, как переменный и постоянный ток. Экспериментальным и теоретическим путем определялись основные характеристики тока: сила, частота и т.д.
Опыты Никола Тесла показали явное преимущество многофазной системы переменного тока, а изобретатель Михаил Доливо-Добровольский выделил трехфазную систему, как наиболее целесообразную для электротехники. Так появились трехфазные силовые трансформаторы. Это изобретение в конце прошлого века прочно вошло в жизнь.
Последующих конструктивных изменений было много, но общий принцип: замкнутый магнитопровод и медные обмотки на нем, остался прежним как у Фарадея. Так формировалась и входила в жизнь новая отрасль трансформаторостроение (смотрите также - Интересные факты про трансформаторы).
Каковы основные характеристики и принцип действия этого устройства в общих чертах? Как не заблудится на современном рынке трансформаторов? Ответы на эти вопросы находятся здесь: Как устроен и работает трансформатор, какие характеристики учитываются при эксплуатации и здесь: Основные виды конструкций трансформаторов
Если вам интересны подробности об устройстве и эксплуатации силовых трансформаторов в распределительных подстанциях с напряжением от 6 до 35 кВ, то обязательно ознакомьтесь с нашей статьей. Здесь мы расскажем все, что вам нужно знать о силовых трансформаторах, их технических характеристиках, особенностях эксплуатации и многое другое. Подробности доступны в статье Силовые трансформаторы в распределительных подстанциях
Андрей Повный
