Thể loại: Bài viết nổi bật » Sự thật thú vị
Số lượt xem: 37323
Bình luận về bài viết: 4
Sự thật thú vị về máy biến thế
Mỗi thiết bị kỹ thuật có hai ngày sinh: phát hiện ra nguyên tắc hoạt động và thực hiện. Ý tưởng về một máy biến áp sau bảy năm làm việc chăm chỉ về việc chuyển đổi từ tính thành điện thành đã được đưa ra bởi Michael Faraday.
Vào ngày 29 tháng 8 năm 1831, Faraday đã mô tả trong nhật ký của mình một thí nghiệm mà sau đó đã đi vào tất cả các sách giáo khoa vật lý. Trên một vòng sắt có đường kính 15 cm và dày 2 cm, người thí nghiệm quấn riêng hai sợi dây có chiều dài 15 m và 18 m. Khi một dòng điện chạy dọc theo một trong các cuộn dây, mũi tên của điện kế trên các đầu dây khác bị lệch!
Nhà khoa học gọi một thiết bị đơn giản "Cuộn cảm ứng". Khi pin được bật, dòng điện (không cần phải nói, không đổi) tăng dần trong cuộn sơ cấp. Một từ thông được tạo ra trong vòng sắt, cường độ của nó cũng thay đổi. Một điện áp xuất hiện trong cuộn dây thứ cấp. Ngay khi từ thông đạt đến giá trị giới hạn của nó, dòng "thứ cấp" biến mất.
DĐể cuộn dây hoạt động, nguồn điện phải được bật và tắt mọi lúc (thủ công - bằng công tắc dao hoặc cơ học - bằng công tắc).
Kinh nghiệm minh họa Faraday
Cuộn cảm ứng Faraday
Pvĩnh viễn hoặc biến?
Từ vòng Faraday đến máy biến áp hiện tại đã ở rất xa, và khoa học thậm chí còn thu thập dữ liệu cần thiết về vụn bánh. Henry người Mỹ quấn dây bằng sợi tơ - cách nhiệt đã ra đời.
Người Pháp Foucault đã cố gắng xoay các thanh sắt trong từ trường - và rất ngạc nhiên: chúng đang nóng lên. Nhà khoa học hiểu lý do - dòng điện được tạo ra trong một từ trường xen kẽ bị ảnh hưởng. Để hạn chế đường đi của dòng điện xoáy Foucault, Upton, một nhân viên của Edison, đã đề xuất chế tạo lõi sắt đúc sẵn - từ các tấm riêng biệt.
Năm 1872, Giáo sư Stoletov đã thực hiện một nghiên cứu cơ bản về từ hóa sắt mềm, và một lát sau, người Anh Ewing đã trình bày một báo cáo cho Hiệp hội Hoàng gia về tổn thất năng lượng trong quá trình đảo ngược từ tính của thép.
Mức độ nghiêm trọng của những mất mát này, được gọi là Hồi cuồng loạn (từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là lịch sử huyền thoại), thực sự phụ thuộc vào mẫu trước đây. Các hạt kim loại - các miền, giống như hoa hướng dương đằng sau mặt trời, quay sau từ trường và được định hướng dọc theo các đường lực. Công việc mở rộng trong này biến thành nhiệt. Nó phụ thuộc vào cách thức - yếu hay mạnh - và theo hướng mà các miền được định hướng.
Thông tin về các tính chất từ và dẫn được tích lũy dần dần cho đến khi số lượng chuyển thành chất lượng. Thỉnh thoảng các kỹ sư điện lại đưa ra những bất ngờ cho thế giới, nhưng sự kiện chính trong lịch sử máy biến áp nên được coi là sự kiện khiến thế giới năm 1876 phải kinh ngạc trước Nga.
Lý do là cây nến Yablochkova. Trong "đèn", một vòng cung đang cháy giữa hai điện cực song song. Với dòng điện không đổi, một điện cực cháy nhanh hơn và nhà khoa học kiên trì tìm cách thoát ra.
Cuối cùng, anh quyết định, đã thử nhiều cách, để sử dụng dòng điện xoay chiều, và lo và kìa! - hao mòn điện cực đã trở nên đồng đều. Hành động của Yablochkov xông là thực sự anh hùng, bởi vì trong những năm đó, có một cuộc đấu tranh khốc liệt giữa những người đam mê ánh sáng điện và chủ sở hữu của các công ty khí đốt. Nhưng không chỉ có thế: những người đề xuất chính điện, lần lượt, nhất trí phản đối AC.
Họ đã nhận được một dòng điện xoay chiều, nhưng ít người hiểu nó là gì. Các bài báo dài hạn đã được xuất bản trên các tờ báo và tạp chí đe dọa sự nguy hiểm của dòng điện xoay chiều: "nó không phải là số lượng giết chết, mà là sự thay đổi của nó." Kỹ sư điện nổi tiếng Chikolev tuyên bố: tất cả các máy có dòng điện xoay chiều phải được thay thế bằng máy có dòng điện trực tiếp.
Một chuyên gia nổi tiếng không kém, Lachinov, đã công khai đổ lỗi cho Yablochkova, vì dòng điện trực tiếp của Cameron rất tốt, và dòng điện xoay chiều chỉ có thể tỏa sáng.Tại sao các quý ông - tín đồ của nến (nến hồ quang của Yablochkov) không cố gắng nghiêm túc áp dụng dòng điện trực tiếp cho họ; bởi vì với điều này và chỉ điều này họ có thể cung cấp tương lai của ánh nến, anh ấy đã viết.
Không có gì đáng ngạc nhiên khi dưới áp lực này, Yablochkov cuối cùng đã ném nến của mình, nhưng, ngoài việc phục hồi chức năng một phần của dòng điện xoay chiều, anh đã xoay sở để mở được một cuộn dây cảm ứng thật sự. Nến của anh, được kết nối thành chuỗi, cực kỳ ủ rũ. Ngay khi một đèn-hoặc là lý do đi ra ngoài, những người khác ngay lập tức đi ra ngoài.
Yablochkov kết nối nối tiếp với nhau thay vì đèn đèn, các cuộn dây chính của cuộn dây. Trên trung học, anh "trồng" nến. Hành vi của mỗi chiếc đèn lồng mà không hoàn toàn ảnh hưởng đến công việc của người khác.
Thật vậy, cuộn dây cảm ứng trong thiết kế của Yablochkov khác (và không tốt hơn) so với cuộn dây Faraday - lõi của chúng không đóng vào vòng. Nhưng thực tế là các cuộn dây xoay chiều hoạt động liên tục, và không định kỳ (khi mạch được bật hoặc tắt), đã mang lại cho nhà phát minh thế giới người Nga danh tiếng.
Sáu năm sau, Usagin, một nhà nghiên cứu y học của MSU, đã phát triển (hay nói đúng hơn là tóm tắt) ý tưởng của Yablochkov. Usagin đã kết nối các thiết bị điện khác nhau (không chỉ là nến) với cuộn dây đầu ra của cuộn dây, mà ông gọi là "máy phát thứ cấp".
Các cuộn dây của Yablochkov và Usagin có phần khác nhau. Nói theo ngôn ngữ hiện đại, máy biến áp Yablochkova làm tăng điện áp: trong cuộn dây thứ cấp có nhiều vòng dây mỏng hơn nhiều so với sơ cấp.
Biến áp Usagin đang cách ly: số vòng trong cả hai cuộn dây là như nhau (3000), cũng như điện áp đầu vào và đầu ra (500 V).
LỊCH BIỂU NGÀY TÍN HIỆU
Cuộn dây cảm ứng Yablochkov kèm theo và máy phát điện thứ cấp Usagin Hồi âm bắt đầu có được các tính năng mà chúng ta biết ngày nay với tốc độ tuyệt vời máy biến thế.
1884 - Anh em Hopkinson đóng lõi.
Trước đây, từ thông đi qua một thanh thép, và một phần từ cực bắc đến phía nam - qua không khí. Sức cản của không khí lớn hơn 8 nghìn lần so với sắt. Để có được một điện áp đáng chú ý trên cuộn dây thứ cấp chỉ có thể cho dòng điện lớn đi qua nhiều vòng. Nếu lõi được chế tạo thành vòng hoặc khung thì điện trở giảm xuống mức tối thiểu.
Máy biến áp của thập niên 1880 Bàn chải điện tập đoàn
1885 - Dery Hungary có ý tưởng bật máy biến áp song song. Trước đó, mọi người đều sử dụng kết nối nối tiếp.
1886 - Hopkinsons một lần nữa. Họ đã học cách tính toán các mạch từ theo định luật Ohm. Đầu tiên, họ phải chứng minh rằng các quá trình trong mạch điện và từ trường có thể được mô tả bằng các công thức tương tự.
1889 - Swede Swinburne đề xuất làm mát lõi và cuộn dây máy biến áp bằng dầu khoáng, đồng thời đóng vai trò cách nhiệt. Ngày nay, ý tưởng của Swinburne đã được phát triển: một lõi từ tính bằng thép với cuộn dây được hạ xuống một bể lớn, bể được đóng lại bằng nắp và sau khi sấy khô, làm nóng, sơ tán, đổ đầy nitơ trơ và các hoạt động khác, dầu được đổ vào nó.
Máy biến áp - cuối 19 - đầu thế kỷ 20 (Anh)
Máy biến áp 4000 kVA (Anh) - đầu 20 cent.
Toki. Lên tới 150 nghìn a. Đây là những dòng điện cung cấp lò nung để nấu chảy kim loại màu. Trong các vụ tai nạn, mức tăng hiện tại lên tới 300-500 nghìn a. (Công suất của máy biến áp trên các lò lớn đạt 180 MW, điện áp sơ cấp là 6-35 kV, trên các lò năng lượng cao lên đến 110 kV, 50-300 V thứ cấp và trong các lò hiện đại lên đến 1200 V.)
Mất mát. Một phần năng lượng bị mất trong các cuộn dây, một phần - để làm nóng lõi (dòng điện xoáy trong tổn thất sắt và trễ). Thay đổi nhanh chóng điện và từ nole trong thời gian (50 Hz - 50 lần mỗi giây) buộc các phân tử hoặc điện tích cách ly để tự định hướng khác nhau: năng lượng được hấp thụ bởi dầu, xi lanh bakelite, giấy, bìa cứng, v.v. d.
Máy bơm để bơm dầu nóng biến áp thông qua bộ tản nhiệt mất một số năng lượng.
Tuy nhiên, nói chung, tổn thất là không đáng kể: trong một trong những thiết kế máy biến áp lớn nhất với công suất 630 nghìn mã lực, chỉ có 0,35% công suất bị kẹt. Rất ít thiết bị có thể tự hào. n. d. hơn 99,65%.
Toàn năng. Các máy biến áp lớn nhất được gắn liền với các máy phát điện mạnh nhất, do đó sức mạnh của chúng trùng khớp. Hôm nay có 300, 500, 800 nghìn kW đơn vị năng lượng, ngày mai những con số này sẽ tăng lên 1-1,5 triệu, thậm chí nhiều hơn.
Máy biến áp mạnh nhất. Máy biến áp mạnh nhất được sản xuất bởi công ty "Elin" của Áo và được thiết kế cho một nhà máy nhiệt điện ở Ohio. Công suất của nó là 975 megavolt-ampe, nó phải tăng điện áp do máy phát tạo ra - 25 nghìn volt lên 345 nghìn volt (Khoa học và Đời sống, 1989, Số 1, trang 5).
Tám máy biến áp một pha lớn nhất trên thế giới có công suất 1,5 triệu kVA. Transformers được sở hữu bởi công ty Power Power Service của Mỹ. 5 trong số chúng giảm điện áp từ 765 xuống 345 kV. ("Khoa học và Công nghệ")
Năm 2007, Công ty mẹ Elektrozavod (Moscow) đã sản xuất máy biến áp mạnh nhất được sản xuất trước đây ở Nga - TC-630000/330 với công suất 630 MVA cho điện áp 330 kV, nặng khoảng 400 tấn. Máy biến áp thế hệ mới được phát triển cho các cơ sở của Rosenergoatom Concern.
Máy biến áp trong nước ORTs-417000/750 với công suất 417 MVA cho điện áp 750 kV
Xây dựng. Bất kỳ máy biến áp cho bất kỳ mục đích nào bao gồm năm thành phần: mạch từ, cuộn dây, bể chứa, vỏ và ống lót.
Chi tiết quan trọng nhất - mạch từ - được tạo thành từ các tấm thép, mỗi tấm được phủ trên cả hai mặt bằng lớp cách nhiệt - một lớp véc ni có độ dày 0,005 mm.
Ví dụ, kích thước của các máy biến áp của nhà máy điện Busheville của Canada (do công ty Tây Đức Siemens sản xuất) như sau: chiều cao 10,5 m, đường kính mặt cắt ngang 30 - 40 m.
Trọng lượng của các máy biến áp này là 188 tấn. Bộ tản nhiệt, bộ mở rộng và dầu được đổ từ chúng khi vận chuyển, và công nhân đường sắt vẫn phải giải quyết một vấn đề khó khăn: 135 tấn không phải là trò đùa! Nhưng tải như vậy không làm ai ngạc nhiên: tại nhà máy điện hạt nhân Obrichheim có một nhóm máy biến áp có công suất 300 nghìn mã lực. Bộ chuyển đổi chính của thang máy có trọng lượng 208 tấn, bộ điều chỉnh một - 101 tấn.
Để đưa nhóm này đến nơi, cần phải có một nền tảng đường sắt dài 40 mét! Nó không dễ dàng hơn cho các kỹ sư quyền lực của chúng tôi: xét cho cùng, các thiết kế họ tạo ra thuộc hàng lớn nhất thế giới.
Máy biến áp 388 tấn! (Hoa Kỳ)
Làm việc. Một máy biến áp lớn kéo dài 94 ngày trong số 100. Tải trung bình khoảng 55-65% so với tính toán. Điều này rất lãng phí, nhưng không có gì có thể được thực hiện: một thiết bị sẽ thất bại, sự thiếu hiểu biết của nó khá nhanh chóng theo nghĩa đen. Nếu, ví dụ, cấu trúc bị quá tải 40%, thì trong hai tuần, lớp cách nhiệt của nó sẽ bị hao mòn, như trong một năm phục vụ bình thường.
Trong số các sinh viên, từ lâu đã có một truyền thuyết về một người lập dị trả lời câu hỏi Làm thế nào một máy biến áp hoạt động? "" Tài nguyên "trả lời:" Oooo ... "Nhưng chỉ hôm nay, lý do cho tiếng ồn này trở nên rõ ràng.
Nó chỉ ra rằng nó không phải là sự rung động của các tấm thép liên kết kém với nhau, sự sôi của dầu và biến dạng đàn hồi của các cuộn dây là đáng trách. Nguyên nhân có thể được coi là từ tính, nghĩa là thay đổi kích thước của vật liệu trong quá trình từ hóa. Làm thế nào để đối phó với hiện tượng vật lý này vẫn chưa được biết, vì vậy bể biến áp được lót bằng tấm chắn cách âm.
Các tiêu chuẩn cho tiếng nói của máy biến áp là khá nghiêm ngặt: ở khoảng cách 5 m - không quá 70 decibel (mức độ ồn ào, tiếng ồn xe hơi) và ở khoảng cách 500 m, nơi thường có các tòa nhà dân cư, khoảng 35 decibel (bước, âm nhạc yên tĩnh).
Ngay cả một đánh giá ngắn gọn như vậy cho phép chúng tôi rút ra hai kết luận quan trọng. Ưu điểm chính của máy biến áp là không có bộ phận chuyển động. Do đó, một k cao đạt được. n. d., độ tin cậy tuyệt vời, bảo trì dễ dàng. Hạn chế lớn nhất là trọng lượng và kích thước khổng lồ.
Và bạn vẫn phải tăng kích thước: sau tất cả, sức mạnh của máy biến áp sẽ tăng lên nhiều lần trong những thập kỷ tới.
Máy biến áp Mitsubishi Electric - 760 MVA - 345 kV
HY SINH
Transformers là những cỗ máy bất động nhất của công nghệ. NỀN TẢNG ĐÁNG TIN CẬY NÀY. .. Vì vậy, nhấn mạnh sự đơn giản của thiết kế và trọng lượng lớn, người Pháp gọi là Janvier gọi là máy biến áp.
Nhưng sự bất động này là rõ ràng: các cuộn dây được bao quanh bởi các dòng điện, và các từ thông di chuyển dọc theo lõi thép. Tuy nhiên, nghiêm túc nói về chuyển động của các điện tử là một cách khó xử. Các hạt tích điện hầu như không bò dọc theo dây dẫn, di chuyển trong một giờ chỉ nửa mét. Giữa những khoảnh khắc ra vào của nhóm electron được gắn mác của nhãn dán, khoảng một năm trôi qua.
Tại sao, sau đó, điện áp trong cuộn thứ cấp xảy ra gần như đồng thời với sự bao gồm? Không khó để trả lời: tốc độ lan truyền của điện được xác định không phải bởi tốc độ chuyển động của các điện tử, mà bởi các sóng điện từ liên quan. Các xung năng lượng phát triển 100-200 nghìn km mỗi giây.
Máy biến áp "không ồn ào", nhưng điều này không có nghĩa là xu hướng nghỉ ngơi "bên trong" của nó. Sự tương tác của dòng điện trong dây dẫn dẫn đến sự xuất hiện của các lực có xu hướng nén các cuộn dây theo chiều cao, để dịch chuyển chúng so với nhau, để tăng đường kính của các vòng. Nó là cần thiết để cuộn các cuộn dây với băng, thanh chống, nêm.
Bùng nổ với nội lực, máy biến áp giống như một người khổng lồ bị xiềng xích đang cố gắng phá vỡ chuỗi. Trong cuộc đấu tranh này một người luôn luôn chiến thắng. Nhưng đằng sau những chiếc xe được thuần hóa, bạn cần một con mắt và một con mắt. Khoảng mười tấm chắn điện tử, rơle và khí được lắp đặt trên mỗi thiết kế, theo dõi nhiệt độ, dòng điện, điện áp, áp suất khí và, tại một sự cố nhỏ nhất, tắt nguồn, ngăn ngừa tai nạn.
Chúng ta đã biết: nhược điểm chính của máy biến thế ngày nay là tính khổng lồ của chúng. Lý do cho điều này cũng rõ ràng: tất cả phụ thuộc vào tính chất của vật liệu được sử dụng. Vì vậy, có lẽ, nếu bạn tìm kiếm tốt, sẽ có những ý tưởng khác để chuyển đổi điện, ngoài ý tưởng mà Faraday từng đề xuất?
Thật không may (và có lẽ may mắn thay - ai biết được), cho đến nay không có ý tưởng nào như vậy, và sự xuất hiện của chúng là không thể. Chừng nào dòng điện xoay chiều ngự trị trong lĩnh vực năng lượng và vẫn cần phải thay đổi điện áp của nó, ý tưởng về Faraday là vượt quá sự cạnh tranh.
Vì máy biến áp không thể từ bỏ, có lẽ sẽ giảm số lượng của chúng?
Bạn có thể "tiết kiệm" máy biến áp, nếu bạn cải thiện hệ thống cung cấp hiện tại. Mạng lưới điện đô thị hiện đại giống như hệ thống tuần hoàn của con người. Từ cáp chính, các chi nhánh thông qua một nhánh phản ứng dây chuyền đến người tiêu dùng địa phương. Điện áp giảm dần theo các bước xuống 380 V, và ở tất cả các cấp cần phải lắp đặt máy biến áp.
Các chuyên gia tiếng Anh đã phát triển chi tiết một lựa chọn khác, có lợi hơn. Họ đề nghị cung cấp năng lượng cho London theo sơ đồ này: một dây cáp trị giá 275 nghìn, đi vào trung tâm thành phố. Ở đây, dòng điện được chỉnh lưu và điện áp "tự động" giảm xuống còn 11 nghìn volt, dòng điện trực tiếp được cung cấp cho các nhà máy và khu dân cư, một lần nữa được chuyển đổi thành điện áp xoay chiều và giảm điện áp. Một số cấp điện áp biến mất, ít máy biến áp, cáp và các thiết bị liên quan.
Tần số dao động hiện tại ở nước ta là 50 Hz. Hóa ra nếu bạn đi đến 200 Hz, trọng lượng của máy biến áp sẽ giảm đi một nửa! Ở đây, có vẻ như, một cách thực sự để cải thiện thiết kế. Tuy nhiên, với tần số của dòng điện tăng gấp 4 lần, điện trở của tất cả các phần tử của hệ thống điện và tổng tổn thất điện năng và điện áp sẽ tăng cùng một lúc. Phương thức hoạt động của dây chuyền sẽ thay đổi và việc tái cấu trúc của nó sẽ không được đền đáp bằng tiền tiết kiệm.
Ở Nhật Bản, ví dụ, một phần của hệ thống điện hoạt động ở tần số 50 Hz, và một số ở tần số 60 Hz. Điều gì dễ dàng hơn để đưa hệ thống đến một mẫu số của người khác? Nhưng không: điều này không chỉ bị cản trở bởi quyền sở hữu tư nhân đối với các nhà máy điện và đường dây cao thế, mà còn bởi chi phí cao cho những thay đổi sắp tới.
Máy biến áp ABB
Kích thước của máy biến áp có thể được giảm nếu vật liệu từ tính và dẫn điện ngày nay được thay thế bằng vật liệu mới có tính chất tốt hơn nhiều. Một cái gì đó đã được thực hiện: ví dụ, được xây dựng và thử nghiệm máy biến áp siêu dẫn.
Tất nhiên, làm mát làm phức tạp thiết kế, nhưng mức tăng là rõ ràng: mật độ hiện tại tăng lên 10 nghìn và so với trước đó (1 a) cho mỗi milimet vuông của tiết diện dây. Tuy nhiên, chỉ có một số ít người đam mê mạo hiểm đặt cược vào máy biến áp nhiệt độ thấp, vì lợi ích của cuộn dây bị vô hiệu hóa hoàn toàn bởi khả năng hạn chế của mạch từ thép.
Nhưng ở đây trong những năm gần đây đã có một lối thoát: hoặc để buộc các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp mà không cần một trung gian - thép, hoặc để tìm các vật liệu tốt hơn sắt trong tính chất từ tính. Cách đầu tiên rất hứa hẹn và các máy biến áp "không khí" như vậy đã được thử nghiệm. Các cuộn dây được đặt trong một hộp làm bằng chất siêu dẫn - một chiếc gương gương lý tưởng của người dùng cho một từ trường.
Hộp không cho phép trường ra ngoài và không cho phép nó phân tán trong không gian. Nhưng chúng ta đã nói: độ từ điện của không khí rất lớn. Bạn sẽ phải cuộn quá nhiều lượt "chính" và áp dụng dòng điện quá cao cho chúng để có được "thứ cấp" đáng chú ý.
Một cách khác - nam châm mới - cũng hứa hẹn rất nhiều. Hóa ra ở nhiệt độ rất thấp holmi, erbium, dysprosium trở thành từ tính, và trường bão hòa của chúng lớn hơn nhiều lần so với sắt (!). Nhưng, thứ nhất, các kim loại này thuộc nhóm đất hiếm, và do đó rất hiếm và đắt tiền, và thứ hai, tổn thất trễ trong chúng, rất có thể, sẽ cao hơn nhiều so với thép.
V. Stepanov
Theo các tài liệu của tạp chí "Công nghệ thanh niên"
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: