変成器。発明と生産の歴史

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変成器。発明と生産の歴史

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変圧器 - 磁気回路上に XNUMX つ以上の誘導結合巻線を持ち、周波数を変えることなく、電磁誘導によって XNUMX つまたは複数の交流システム (電圧) を XNUMX つまたは複数の他のシステム (電圧) に変換するように設計された静的電磁装置。。

変圧器は、電力、電子工学、無線工学などの幅広い用途で交流電圧変換やガルバニック絶縁を実行します。

構造的には、変圧器は、共通の磁束で覆われた XNUMX つ (単巻変圧器) または複数の絶縁ワイヤまたはテープ巻線 (コイル) で構成され、通常、強磁性軟磁性材料で作られた磁気回路 (コア) に巻かれます。

変圧器

現在の変換の現象の物理的な本質は、電話の章ですでに報告されています。しかし、電気工学の多くの大小の問題を解決することを可能にしたこの注目すべき装置の発明について、さらにいくつかの言葉を言う必要があります。最初の変圧器は、電磁誘導現象の発見と同時に登場したと主張するのは非常に論理的です。ファラデーの実験の XNUMX つは、バッテリーからの電流をコイルの巻線に流すというものでした。この場合、近くにあったXNUMX番目のコイルの巻線に電流が発生しましたが、最初のコイルとはまったく接続されていませんでした。電流の瞬間的な通過は検流計によって記録されました。しかし、ファラデー自身は、この効果を電圧変換に使用したことはありません。

変圧器の動作原理

1848 年、ルムコルフは、非常に高い電圧電流を生成する変圧器の驚くべき能力に物理学者の注目を集めた最初の人でした。しかし、彼がこのデバイスの実用的なモデルを作成することに成功するまでに、さらに数年が経過しました。その結果、1852 年に有名な Ruhmkorff 誘導コイルが登場し、技術の歴史において大きな役割を果たしました。この最初の変圧器の製造において、発明者はかなりの困難を克服しなければなりませんでした。

二次コイルの巻線の巻き数を増やすために、Ruhmkorff は非常に細いワイヤを使用すると同時に、高電圧が絶縁体を突き破らないように注意深く監視する必要がありました。髪の毛のように細い数キロのワイヤーを購入し、慎重に絶縁し、コイルにコイルをXNUMXつずつ慎重に巻きました。彼のコイルの助けを借りて、Ruhmkorff は非常に高い電圧振動を発生させることができました。直流は変換できません。

バッテリーの直流電流を交流電流に変えるために、ルールコルフは一次コイルと直列のブレーカーをオンにしました。 XNUMX番目）。一次電流がバッテリから閉じられると、電圧が二次巻線に誘導され、二次巻線と一次巻線の巻数と同じ比率で一次巻線よりも高くなります。一次電流が開放されると、さらに高い電圧が二次に誘導されました。その値が大きいほど、電流の開始が速くなりました。

スプリングプレートが遮断器として使用され、コイルのコアに引き付けられて回路が開かれました。中断の頻度は、ばねの質量と弾性、一次巻線の巻数、およびバッテリーの電圧に依存していました。

変圧器
誘導コイルによる電気の分離

数十年間、変圧器は技術分野ではほとんど使用されておらず、科学的な用途のみに使用されていました。誘導コイルが電話機や電気照明に広く使用されるようになったのは、70 年代後半になってからのことです。事実は、ヨーロッパでヤブロチコフろうそくが広まった後、電気技術者は電気エネルギーを「粉砕」するといういわゆる問題に直面したことです。彼女は次のとおりでした。原則として、XNUMX つの発電機セットから多くの電球に電力を供給することになっていました。一方、ろうそくをたくさん直列に接続すると、ネットワークの動作モードが不安定になりました。ろうそくが XNUMX 本消えただけで、ネットワークが切断され、残りのろうそくが消えました。ろうそくが回路に並列に接続されている場合、通常、抵抗が最小のものだけが点灯します（ご存知のように、電流は常に抵抗が最小の線に沿って流れるため）。このろうそくが完全に燃え尽きると、抵抗が最も少ない次のろうそくが点灯します。この問題に直面したヤブロチコフは、誘導コイルを使用してエネルギーを「粉砕」することを提案しました。

この接続では、コイルの一次巻線が直列に接続され、パラメータに応じて、XNUMXつ、XNUMXつ、XNUMXつ、またはそれ以上のキャンドルを二次巻線に含めることができます。コイルはトランスモードで同時に動作し、出力に必要な電圧を与えました。ランプが消えたとき、回路は中断されなかったので、個々のキャンドルは燃え続けました。

交流技術の発展に伴い、変圧器が重要になってきました。 1882 年、ゴリヤールとギブスは、エネルギーを「粉砕」するだけでなく、電圧を変換するためにも使用される変圧器の特許を取得しました。

オープン磁気システムの Golar および Gibbs 変圧器

いくつかの垂直誘導コイルが木製のスタンドに固定され、その一次巻線は直列に接続されていました。二次巻線はセクションに分割され、各セクションには、互いに独立して機能する電流レシーバーを接続するための一対の端子がありました。一次回路の抵抗 (およびその結果、電流の強さ) は、コイル内のコアを移動することによって調整できます。一次巻線と二次巻線のコアは相互接続されていないため、これらのトランスは開放磁気システムを備えていました。ただし、二次コイルと一次コイルを単一のコアに配置すると、トランスの動作が大幅に向上し、エネルギー損失が減少し、効率が向上することがすぐにわかりました。

閉じた磁気システムを備えた最初のこのような変圧器は、1884 年に英国の発明家ジョンズとエドワードホプキンソン兄弟によって作成されました。

ホプキンソン変圧器の図: 1 - 鋼鉄積層コア; 2 - 高電圧巻線。 3 - 低電圧巻線

この変圧器のコアは、絶縁材で分離された鋼帯またはワイヤでできていたため、渦電流によるエネルギー損失が減少しました。このコアに電圧の高いコイルと低い電圧のコイルを交互に配置しました。

1885年、ハンガリーの電気技師Deryは、変圧器を回路に並列に接続する必要があることを証明し、この接続方法の特許を取得しました。その後、単相交流変圧器の工業生産が始まりました。強力な変圧器は動作中にかなりの過熱を経験したため、油冷システムが開発されました（油を入れたセラミック容器が変圧器の内部に配置されました）。

変圧器は、三相システムでも非常に役立つことが証明されています。一般に、三相電流システムは、長距離にわたるエネルギー伝送の問題を解決していなければ、その存在の最初の数年間でこれほど広く使用されることはなかったでしょう。しかし、そのような伝送は、以下に示すように、交流の場合、変圧器によって得られる高電圧でのみ有利です。三相システムは、電力変換に基本的な問題はありませんでしたが、単相システムでは XNUMX つではなく、XNUMX つの単相変圧器が必要でした。このようなかなり高価なデバイスの数の増加は、より満足のいく解決策を見つけたいという欲求を喚起せざるを得ませんでした。

1889年、Dolivo-Dobrovolskyは、コアが放射状に配置されたXNUMX相変圧器を発明しました。この場合、各相の高電圧巻線と低電圧巻線は対応するラジアルコアに配置され、磁束は外殻（外ヨーク）にありました。その後、Dolivo-Dobrovolskyは、巻線のあるロッドを並列に配置し、ロッド（コア）の端を同じヨークに接続する方が簡単であることを発見しました。その後、システム全体がよりコンパクトになることが判明しました。このタイプのトランスは「プリズム」と呼ばれます。

三相変圧器Dolivo-Dobrovolsky「プリズム」タイプ

同一平面内にロッドを平行に配置した三相ドリボ・ドブロヴォルスキー変圧器

放射状コア配置の三相変圧器 Dolivo-Dobrovolsky

最後に、1891 年 XNUMX 月、Dolivo-Dobrovolsky は、同じ面に配置された平行棒を持つ三相変圧器の特許を取得しました。その設計は非常に成功したことが判明したため、基本的な変更なしで今日まで生き残っています。

著者：Ryzhov K.V.

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