变压器。发明和生产的历史

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变压器——在任意磁路上具有两个或多个电感耦合绕组的静态电磁装置，旨在通过电磁感应将一种或多种交流电系统（电压）转换成一种或多种其他系统（电压），而不改变频率。

该变压器在电力、电子和无线电工程等各种应用中执行交流电压转换和/或电流隔离。

在结构上，变压器可以由一个（自耦变压器）或多个被共同磁通量覆盖的绝缘线或带绕组（线圈）组成，通常缠绕在由铁磁软磁材料制成的磁路（磁芯）上。

变压器

电流转换现象的物理本质已经在电话一章中进行了报道。然而，有必要多说几句关于这个非凡装置的发明，它使解决电气工程中许多大大小小的问题成为可能。断言第一台变压器与电磁感应现象的发现同时出现是很合乎逻辑的。法拉第的实验之一是让电池中的电流通过线圈的绕组。在这种情况下，在附近的第二个线圈的绕组中产生了电流，但与第一个线圈没有任何连接。电流的瞬时通过由检流计记录。然而，法拉第本人从未使用这种效应来转换电压。

变压器的工作原理

1848 年，Rumkorff 是第一个引起物理学家注意变压器产生非常高电压电流的惊人能力的人。但又过了几年，他才设法创建了这个设备的工作模型。于是，1852年出现了著名的鲁姆科夫感应线圈，在技术史上发挥了巨大的作用。在制造这第一台变压器时，发明者必须克服相当大的困难。

为了增加次级线圈绕组的匝数，Ruhmkorff 不得不使用非常细的导线，同时仔细观察高压没有击穿它的绝缘层。他买了几公里细如头发的电线，小心地把它绝缘起来，然后小心翼翼地一圈一圈地绕在线圈上。在他的线圈的帮助下，Ruhmkorff 可以产生非常高的电压振荡。不能转换直流电。

为了将电池的直流电变成交流电，Ruhmkorff 开启了一个与初级线圈串联的断路器，该断路器周期性地闭合和断开初级电路的电流（通常频率为每次几十到几百次）第二）。当初级电流从电池关闭时，在次级绕组中感应出电压，该电压高于初级，与次级和初级绕组的匝数相同。当初级电流打开时，次级会感应出更高的电压。它的值越大，电流打开的速度越快。

弹簧片用作断路器，被线圈芯吸引并断开电路。中断的频率取决于弹簧的质量和弹性、初级绕组的匝数以及电池的电压。

变压器
通过感应线圈进行电力分离

几十年来，变压器几乎没有用于技术，只用于科学应用。直到 70 年代后期，感应线圈才开始广泛用于电话机和电灯中。事实是，雅布洛奇科夫蜡烛在欧洲传播后，电气工程师面临着所谓的“粉碎”电能的问题。她如下。作为一项规则，许多灯泡由一个发电机组供电。同时，当多根蜡烛串联时，网络运行模式变得不稳定。只有一根蜡烛熄灭，就等于断网，之后剩下的蜡烛就熄灭了。如果蜡烛与电路并联，那么通常只有电阻最小的蜡烛会亮起（因为如您所知，电流总是沿着电阻最小的线流动）。当这根蜡烛完全烧毁时，下一根阻力最小的蜡烛就会亮起，以此类推。面对这个问题，Yablochkov 建议使用感应线圈来“粉碎”能量。

通过这种连接，线圈的初级绕组串联连接，次级绕组中可以包括一根、两根、三根或更多根蜡烛，具体取决于其参数。线圈在变压器模式下同时工作，在输出端提供所需的电压。当灯熄灭时，电路并没有中断，因此个别蜡烛继续燃烧。

随着交流电技术的发展，变压器变得越来越重要。 1882 年，Golyar 和 Gibbs 为变压器申请了专利，该专利不仅用于“压碎”能量，还用于转换电压。

具有开放式磁系统的 Golar 和 Gibbs 变压器

多个垂直感应线圈固定在木架上，初级绕组串联。次级绕组被分成多个部分，每个部分都有一对用于连接电流接收器的端子，它们彼此独立作用。初级电路中的电阻（以及电流强度）可以通过移动线圈内的铁芯来调整。初级和次级绕组的铁芯没有相互连接，因此这些变压器有一个开放的磁系统。然而，很快人们就注意到，如果将次级和初级线圈放在一个铁芯上，变压器的工作效果会更好——能量损失会减少，效率也会提高。

1884 年，英国发明家约翰斯和爱德华·霍普金森兄弟发明了第一个带有闭合磁系统的变压器。

霍普金森变压器图解：1——钢叠片铁芯； 2——较高电压绕组； 3 - 低压绕组

该变压器的铁芯由钢带或钢丝制成，并由绝缘材料隔开，从而减少了涡流造成的能量损失。较高电压和较低电压的线圈交替放置在该磁芯上。

1885年，匈牙利电气工程师德里证明了变压器应该并联在一个电路中，并为这种连接方法申请了专利。之后才开始工业化生产单相交流变压器。由于强大的变压器在运行过程中经历了严重的过热，因此开发了油冷却系统（在变压器内部放置了一个装有油的陶瓷容器）。

变压器已被证明在三相系统中也非常有用。一般来说，如果三相电流系统没有解决远距离能量传输的问题，它在其存在的最初几年就不会得到如此广泛的应用。但是，如下文所示，这种传输仅在高压下是有利的，在交流电的情况下，高压是通过变压器获得的。三相系统对电力变换没有根本性的困难，但需要三个单相变压器而不是一个单相系统。相当昂贵的设备数量的这种增加只能激发人们寻找更令人满意的解决方案的愿望。

1889 年，Dolivo-Dobrovolsky 发明了一种铁芯呈放射状排列的三相变压器。在这种情况下，每相的高低压绕组位于相应的径向铁芯上，磁通量在外壳（外磁轭）上。然后 Dolivo-Dobrovolsky 发现将带有绕组的棒平行放置更容易，并将棒（芯）的末端与相同的轭连接。然后整个系统变得更加紧凑。这种类型的变压器称为“棱柱形”。

三相变压器 Dolivo-Dobrovolsky “棱柱”型

三相 Dolivo-Dobrovolsky 变压器，在一个平面内并联布置杆

铁芯径向排列的三相变压器 Dolivo-Dobrovolsky

最后，在 1891 年 XNUMX 月，Dolivo-Dobrovolsky 获得了一项关于平行杆位于同一平面的三相变压器的专利。事实证明，它的设计非常成功，以至于它一直存在到今天，没有发生根本性的变化。

作者：Ryzhov K.V.

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