Кто изобрел трансформатор и что это такое

Кто изобрел трансформатор и что это такое?

Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения, а также используется с целью гальванической развязки. Прибор применяется в радиотехнике, электроэнергетике и электронике. Представляет собой одну или несколько ленточных либо проволочных обмоток, на которые действует магнитное поле. Они намотаны на небольшой сердечник, который также является магнитопроводом.

Современный трансформатор

Г. Румкорф стал тем, кто изобрел трансформатор. Его задумку до совершенства довел ученый П. Н. Яблочков, который представил свое творение в 1876 году. В качестве сердечника он использовал специальный стержень, на который уже наматывались обмотки. Чтобы прерывать постоянный ток, ученый использовал не пружинную пластинку, а индукционные катушки.

Все первичные обмотки в работу включались последовательно и выдавали такое количество напряжения, которое было необходимо. Во вторичной использовались лампы, которые работали от поступающей энергии. Позже было отмечено, что можно понизить потери энергии. Для этого необходимо на сердечник насадить обе катушки — первичную и вторичную.

Важно знать, кем и когда был изобретен первый трансформатор, чтобы ошибочно не предположить, что его придумал Яблочков. Ученый довел до ума разработку, чтобы ею было удобней пользоваться.

Разработка ученого представляла собой приспособление с разомкнутыми сердечниками. Позже создается новый вид — с замкнутыми, который разработали братья Гопкинсоны. Открытие помогло очень сильно снизить затраты энергии. Принцип действия заключался в том, что на сердцевину поочередно ставили катушки высокого напряжения и низкого. Сам стержень создан из проволок и стальных полос, которые разделены специальным изоляционным материалом.

Компоненты трансформатора Тесла

Основными компонентами являются первичная и вторичная обмотка, защитное кольцо и тороид. Тороид, находящийся в конструкции, может выполнять несколько функций:

  1. Уменьшает резонансную частоту.
  2. Накапливает энергию до получения её стримером. При этом учитывается размер тороида — чем он больше, тем больше в нём копится энергии. Для получения большей выгоды в тороиде используется прерыватель.
  3. В этом приборе образуется электростатическое поле, которое отталкивается стримером. Заменить в этой функции тороид может вторичная обмотка.
  4. В роли основной детали трансформатора Тесла выступает вторичная обмотка. Защитное кольцо используется в защитных целях, чтобы не повредить электрические приборы. Изготавливается эта деталь из медного провода в форме специального кольца. Но также неотъемлемой частью защиты является заземление. Чтобы первичная обмотка могла обеспечивать надёжную передачу тока, её сопротивление не должно быть большим, а точка подключения должна иметь подвижный принцип. В этом случае становится возможным изменение резонансной частоты.

Термином «силовой» определяют назначение, связанное с преобразованием высоких мощностей. Вызвано это тем, что большинство бытовых и производственных потребителей электрических сетей нуждаются в питании напряжением 380/220 вольт. Однако доставка его на большие расстояния связана с огромными потерями энергии, которые снижаются за счет использования высоковольтных линий.

Воздушные ЛЭП высокого напряжения соединяют в единую сеть подстанции с силовыми трансформаторами соответствующего класса.

Силовой трансформатор 110 кВ

А по другим линиям напряжение 6 или 10 кВ подводится к силовым трансформаторам, обеспечивающих питанием 380/220 вольт жилые комплексы и производственные предприятия.

Силовой мачтовый трансформатор 10 на 0,4 кВ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

  • уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
  • способ преобразования: повышающий, понижающий;
  • количество фаз: одно- или трехфазный;
  • число обмоток: двух- и многообмоточный;
  • форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

Устройство трансформатора предполагает наличие одной либо большего числа отдельных катушек (ленточных или проволочных), находящихся под единым магнитным потоком, накрученных на сердечник, изготовленный из ферромагнетика.

Важнейшие конструктивные части следующие:

  • обмотка;
  • каркас;
  • магнитопровод (сердечник);
  • охлаждающая система;
  • изоляционная система;
  • дополнительные части, необходимые в защитных целях, для установки, обеспечения подхода к выводящим частям.

В приборах чаще всего можно увидеть обмотку двух типов: первичную, получающую электроток от стороннего питающего источника, и вторичную, с которой напряжение снимается.

Сердечник обеспечивает улучшенный обратный контакт обмоток, обладает пониженным сопротивлением магнитному потоку.

Некоторые виды приборов, работающие на сверхвысокой и высокой частоте, производятся без сердечника.

Производство приборов налажено в трех базовых концепциях обмоток:

  • броневой;
  • тороидальной;
  • стержневой.

Устройство трансформаторов стержневых подразумевает накручивание обмотки на сердечник строго горизонтальное. В приборах броневого типа она заключена в магнитопроводе, размещается горизонтально либо вертикально.

Надежность, эксплуатационные особенности, устройство и принцип действия трансформатора принимаются без какого-либо влияния принципа его изготовления.

Откуда берется электрический ток

Электричество, поступающее по проводам в дома, вырабатывается электрическим генератором на различных электростанциях. На них генератор соединён с постоянно вращающейся турбиной.

В конструкции генератора есть ротор – катушка, которая располагается между полюсами магнита. При вращении турбиной этого ротора в магнитном поле по законам физики появляется или наводится электрический ток. Таким образом назначение генератора – преобразовывать кинетическую силу вращения в электричество.

Заставить турбину крутиться можно многими способами, используя разнообразные источники энергии. Они разделяются на три вида:

  • Возобновляемые – энергия, получаемая из неисчерпаемых ресурсов: потоков воды, солнечного света, ветра, геотермальных источников и биотоплива;
  • Невозобновляемые – энергия, получаемая из ресурсов, которые возникают очень медленно, несоизмеримо с темпами расходования: уголь, нефть, торф, природный газ;
  • Ядерные – энергия, получаемая из процесса ядерного деления клеток.

Чаще всего электроэнергия возникает благодаря работе:

  • Гидроэлектростанций (ГЭС) – строятся на реках и используют силу водного потока;
  • Тепловых электростанций (ТЭС) – работают на тепловой энергии от сжигания топлива;
  • Атомные электростанции (АЭС) – работают на тепловой энергии, получаемой от процесса ядерной реакции.

Преобразованная энергия по проводам поступает в трансформаторные подстанции и распределительные устройства и уже потом доходит до конечного потребителя.

Сейчас активно развиваются так называемые альтернативные виды энергии. К ним относят ветрогенераторы, солнечные батареи, использование геотермальных источников и любые другие способы получить электроэнергию через необычные явления. Альтернативная энергетика сильно уступает по производительности и окупаемости традиционным источникам, но в определённых ситуациях помогают сэкономить и снизить нагрузку на основные электросети.

Также есть миф о существовании БТГ — бестопливных генераторов. В интернете есть ролики демонстрирующие их работу и предлагается их продажа. Но о достоверности этой информации идут большие споры.

Как устроен и как работает трансформатор

Трансформаторы – это название огромного «семейства», куда входят однофазные, трехфазные, понижающие, повышающие, измерительные и множество других типов трансформаторов. Основное их назначение – преобразование одного или нескольких напряжений переменного тока в другое на основе электромагнитной индукции при неизменной частоте.

Читайте также  Тиристор обозначение

Итак, кратко, как работает простейший однофазный трансформатор. Он состоит из трех основных элементов – первичной и вторичной обмоток и объединяющего их в единое целое магнитопровода, на который они как бы нанизаны. Источник подключается исключительно к первичной обмотке, в то время, как вторичная снимает и передает уже измененное напряжение потребителю.

Подключенная к сети первичная обмотка создает в магнитопроводе переменное электромагнитное поле и формирует магнитный поток, который начинает циркулировать между обмотками, индуцируя в них электродвижущую силу (ЭДС). Ее величина зависит от числа витков в обмотках. К примеру, для понижения напряжения необходимо, чтобы в первичной обмотке витков было больше, чем во вторичной. Именно по такому принципу работают понижающие и повышающие трансформаторы.

Важная особенность конструкции трансформатора состоит в том, что магнитопровод имеет стальную структуру, а обмотки, как правило имеющие форму цилиндра, изолированы от него, непосредственно не связаны друг с другом и имеют свою маркировку.

Какая необходимость в трансформаторах?

Чтобы компенсировать потерянное при передачи тока теплоизлучение, на электростанциях вырабатывается очень большое напряжение, которое не нужно в таких количествах большинству аппаратов. В таких случаях трансформатор приходится кстати. Он регулирует напряжение, увеличивая его при передаче, а затем понижая на пути к пользователю. В противном случае вся техника не выдержала бы натиска такой огромной мощи и сгорела или взорвалась бы.

Также трансформаторами оснащаются электрические приборы в быту, так как им постоянно необходимо разное напряжение через несколько потоков. Сегодня приспособление используется в компьютерах и телевизорах. Необходимо благодарить того, кто изобрел трансформатор, ведь без него большая часть устройств не смогла бы нормально работать. В лучшем случае мы были бы окружены устройствами, работающих не на низком (безопасном) напряжении, а на высоком.

Многие виды таких средств важны в быту. Чтобы не удариться током, чаще всего используют разделительный трансформатор, который снижает этот риск. С целью измерения постоянно меняющегося напряжения применяют также это приспособление. Это необходимо чтобы обеспечить безопасность населения при перепадах напряжения. Отдельные виды (трансформаторы тока) применяются для замера количества потребляемой энергии.