"...начисто запрещены во всех порядочных государствах и терпятся разве в какой-нибудь Италии..."
А Вы знаете, что в этом году мы отмечаем 140-летие трансформатора. Первые трансформаторы в России были встречены общественностью не совсем восторженно. Мотивом для критики отчасти служило не в меру патриотичное стремление защитить «отечественного производителя». В некоторых ученых докладах и в газетных статьях система трансформации обличалась как нечто еретическое, ненациональное и, безусловно, нерентабельное; доказывалось, что "...трансформаторы начисто запрещены во всех порядочных государствах Запада и терпятся разве в какой-нибудь Италии, падкой на дешевизну".
Изобретенный в XIX веке трансформатор можно считать творцом электроснабжения, поскольку он сделал возможной экономичную передачу электроэнергии на большие расстояния. Перед тем, как попасть к потребителю, вся генерируемая в мире электроэнергия проходит через ряд трансформаторов.
История этой едва ли не самой простой электрической машины началась в 1831 году, когда английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества. Схематичное изображение устройства, который сделал революцию в науке, впервые появилось тогда же в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.
Официальным "Днем рождения" трансформаторов считают 30 ноября 1876 года, когда выдающийся русский электротехник и изобретатель Павел Николаевич Яблочков получил французский патент, в котором был описан принцип действия и способ применения трансформатора однофазного тока с разомкнутой магнитной системой для дробления электрической энергии в цепях электрического освещения. Принцип распределения переменного тока, предложенный Яблочковым, лежит в основе развития современных электрических сетей.
Первый, кто подсоединил трансформатор к источнику переменного тока, был британский ученый Уильям Гроув, которому для его лабораторных опытов понадобился источник высокого напряжения.
Параллельно развивается система энергоснабжения на постоянном токе. В 1880 году Томас Эдисон патентует систему производства и распространения электроэнергии, которая включала три провода - нулевой и ±110 вольт (это снижало материалоёмкость при тех же потерях энергии). Одновременно был продемонстрирован невиданный доселе срок жизни его лампочки - 1200 часов. Именно тогда Эдисон сказал: «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешёвым, что только богачи будут жечь свечи». В январе 1882 года Эдисон запускает первую электростанцию в Лондоне, а несколькими месяцами позже - в Манхэттене. К 1887 году в США на трёхпроводной системе Эдисона, несмотря на ее слабость - большие потери мощности в проводах, существовало более сотни электростанций постоянного тока.
В 1882 году на Всероссийской промышленно-художественной выставке в Москве лаборант Московского университета И. Ф Усагин, продемонстрировал построенное им устройство, с помощью которого можно было осуществлять то, что в настоящее время делает трансформатор. Это была индукционная катушка оригинальной конструкции, позволяющая включать в цепь несколько источников света. И. Ф. Усагин был награждён за это устройство дипломом II степени, равноценным серебряной медали.
Новым шагом в использовании трансформаторов с разомкнутой магнитной системой для целей распределения электроэнергии явилась «система распределения электричества для производства света и двигательной силы», запатентованная во Франции в 1882 г. Голяром и Гиббсом. Их трансформаторы предназначались уже не только для «дробления» энергии, но и для преобразования напряжения, т.е. имели коэффициент трансформации, отличный от единицы. В 1883 г. они устанавливаются на подстанциях Лондонского метрополитена, а в 1884 г. - в Турине (Италия). Теперь, трансформатор становился весомым аргументом в так называемом споре видов электрического тока (постоянного и переменного) и способствовал триумфу систем переменного тока по сравнению с их аналогами, питаемыми постоянным током.
В 1884 г. братья Джон и Эдуард Гопкинсоны создали трансформатор с замкнутым сердечником, одним из важнейших элементов современных устройств. Он состоял из набранных стальных полос, разделенных между собой изоляционным материалом. На сердечнике установили поочередно «повышающие» и «понижающие» катушки. Однако для передачи электрической энергии переменного тока высокого напряжения было необходимо дальнейшее усовершенствование системы.
Наконец в 1885 г. венгерские электротехники О. Блажи, М.Дери и К. Циперновски предложили сразу несколько модификаций устройства - кольцевую, броневую и стержневую. Авторы решения также ввели в обиход термин «трансформатор», происходящий от латинского transformo - преобразую. Их изобретение имело замкнутый шихтованный сердечник, имевший особое значение для мощных силовых трансформаторов. Кроме того, инженеры нашли оптимальное соотношение меди и стали в конструкции трансформатора.
Параллельно молодой инженер Уильям Стэнли задался целью создать простой и дешевый в производстве трансформатор для передачи электроэнергии. В 1884 г., поступив на службу к миллионеру Вестингхаузу, он, узнав о работе Голяра и Гиббса, посоветовал своему работодателю приобрести патенты на трансформатор. К началу лета 1885 г. им уже было создано несколько трансформаторов с сердечниками замкнутой формы. В конце 1885 г. фирма «Westinghouse Electric» по чертежам Уильяма Стэнли построил первый в мире автотрансформатор.
Инженеры продолжали модернизировать схемы передачи электроэнергии и вместе с ними - трансформатор. В 1889 г. Д. Свиндерн предложил масляное охлаждение трансформаторов. Все это способствовало широкому применению однофазных трансформаторов в целях освещения. Наиболее мощная установка переменного тока была сооружена в Риме в 1886 г. (15000 кВА). Продавцом была фирма «Ганц и К°» (Ganz and Company), основанная авторами однофазного трансформатора. Одной из первых электростанций, построенных этой же фирмой в 1987, была станция в Одессе для освещения нового оперного театра, широко известного в Европе.
При этом нельзя сказать, что первое электрооборудование в России было встречено общественностью восторженно. Мотивом для критики отчасти служило не в меру патриотичное стремление защитить «отечественного производителя». В некоторых ученых докладах и в газетных статьях система трансформации обличалась как нечто еретическое, ненациональное и, безусловно, нерентабельное; доказывалось, что трансформаторы начисто запрещены во всех порядочных государствах Запада и терпятся разве в какой-нибудь Италии, падкой на дешевизну.
Система трехфазного тока в первые годы своего существования требовала решения проблемы передачи энергии на большие расстояния. Но электропередача выгодна при высоком напряжении, для получения которого в случае переменного тока необходим трансформатор. В трехфазной системе не было принципиальных затруднений для трансформирования энергии, но были нужны три однофазных трансформатора вместо одного при однофазной системе. Чтобы избежать увеличения количества дорогих машин, нужно было найти принципиально новое решение.
В 1889 г. это удалось сделать М. О. Доливо-Добровольскому. Он изобрел трехфазный трансформатор. Для того чтобы иметь возможность регулировать напряжение в отдельных фазах и располагать двумя напряжениями в системе (фазным и линейным), Доливо-Добровольский разработал в 1890 г. четырехпроводную схему трехфазной цепи, или, иначе, систему трехфазного тока с нулевым проводом. Он же указал, что вместо нейтрального или нулевого провода можно использовать землю. Доливо-Добровольский обосновал свои предложения доказательством того, что четырехпроводная трехфазная система позволяет допускать определенную асимметрию нагрузки; при этом напряжение на зажимах каждой фазы будет оставаться неизменным. Для регулирования напряжения в отдельных фазах четырехпроводной системы Доливо-Добровольский предложил использовать изобретенный им трехфазный автотрансформатор с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, на который им в октябре 1891 г. была сделана патентная заявка. В принципе эта конструкция сохранилась до настоящего времени.
1891 году М. О. Доливо-Добровольский построил (фирма AEG) первую трехфазную линию электропередачи Лауфен-Франкфурт расстоянием 170 км. Линейное напряжение генератора в Лауфене составляло 95 вольт. Повышающий трансформатор имел коэффициент трансформации равный 154. Следовательно, рабочее напряжение в ЛЭП составляло 14 650 вольт (95х154). Для того времени это было очень высокое напряжение. Результаты испытаний этой линии подтвердили возможность применения системы трехфазного тока для передачи значительных количеств электроэнергии при сравнительно высоком КПД. Доливо-Добровольский использовал в конце линии понижающие трансформаторы, которые снижали напряжение на выходе до 116 вольт. К одному из этих трансформаторов было подключено 1000 ламп накаливания по 16 свечей (55 ватт) каждая, к другому - большой трехфазный двигатель Доливо-Добровольского. Потери при электропередачи составили всего 25%, что являлось очень хорошим показателем. Далее линия была испытана при напряжении в 25 000 В. При этом ее КПД увеличился, а потери снизились до 21%.
С ростом мощности трансформаторов начинается строительство электростанций и энергетических систем. Небезынтересно заметить, что первой самой мощной в мире электростанцией, построенной в 1893 году, с трехфазными генераторами и трансформаторами была станция обслуживания первого в России промышленного предприятия с трехфазным электрооборудованием. Это был Новороссийский элеватор.
Благодаря открытиям и достижениям отечественных ученых в России в начале ХХ века была определена ориентация дальнейшего развития электроэнергетики на применение переменного тока высокого напряжения, тогда как зарубежные концепции все еще склонялись в пользу постоянного тока и техники низких напряжений.
Уже на рубеже ХIX-XX веков большинство электростанций в мире выдавали переменный ток, но существовало и немало потребителей постоянного тока. Переменный ток для них преобразовывался в постоянный с помощью ртутных выпрямителей.
Вот и в Казани, первая городская электростанция, пущенная в 1895 году, была на постоянном токе. Электростанции постоянного тока строились вплоть до 1920-х годов. Хельсинки окончательно перешли на переменный ток в 1940-х годах, Стокгольм в 1960-х. В США вплоть до 90-х годов существовало 4,6 тыс. разрозненных потребителей постоянного тока. В 1998 году начались попытки перевести их на переменный ток, которые увенчались успехом в конце ноября 2007 года.
Первая в Казанской губернии электростанция трехфазного переменного тока напряжением 2100 В была пущена в Казани на пороховом заводе в 1915 году. В тот же год начинает работать электростанция на элеваторе в Набережных Челнах. Через два года на Бондюжском заводе введена в работу промышленная электростанция с турбогенератором мощностью 600 кВт.
В 1925 году начался перевод Казани на переменный ток. Существующая воздушная линия постоянного тока обходилась чрезвычайно дорого городу. Переменный же ток давал громадную экономию в материалах, возможность благодаря высокому напряжению передавать энергию на большие расстояния. Некоторое время в городе применялся одновременно постоянный ток (верхняя часть города) и переменный трехфазный - от вновь введенной электростанции имени III годовщины ТАССР. Для усиления питания верхней части города ток высокого напряжения с этой станции подавался на электростанцию "Красная заря" и там, через понижающий трансформатор и мотор-генератор преобразовывался в постоянный. Реконструкция казанской электросети для перехода от постоянного тока на переменный была закончена в 1927 году и производилась под руководством талантливого инженера-электромеханика Владимира Александровича Вишневского.
Интернет-портал Торгового дома «Трансформатор»
Кацман М. М. Электрические машины и трансформаторы. - М.: 1971, с. 9-11.
Электро-Info"
ЭЛЕКТРО 6/2003.- С. 52-54
А.Л. Кислицын «ТРАНСФОРМАТОРЫ», Учебное пособие, Ульяновск 2001, 76 с.
Рыжков К.В. 100 великих изобретений. - М.: Вече, 1999. - 528 с.
«Новые известия» 12 Декабря 2007 г. «Электрический удар», Захар Радов
Журнал «Электричество» № 13-14 за 1889 г.
Изобретенный в XIX веке трансформатор можно считать творцом электроснабжения, поскольку он сделал возможной экономичную передачу электроэнергии на большие расстояния. Перед тем, как попасть к потребителю, вся генерируемая в мире электроэнергия проходит через ряд трансформаторов.
История этой едва ли не самой простой электрической машины началась в 1831 году, когда английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества. Схематичное изображение устройства, который сделал революцию в науке, впервые появилось тогда же в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.
Официальным "Днем рождения" трансформаторов считают 30 ноября 1876 года, когда выдающийся русский электротехник и изобретатель Павел Николаевич Яблочков получил французский патент, в котором был описан принцип действия и способ применения трансформатора однофазного тока с разомкнутой магнитной системой для дробления электрической энергии в цепях электрического освещения. Принцип распределения переменного тока, предложенный Яблочковым, лежит в основе развития современных электрических сетей.
Первый, кто подсоединил трансформатор к источнику переменного тока, был британский ученый Уильям Гроув, которому для его лабораторных опытов понадобился источник высокого напряжения.
Параллельно развивается система энергоснабжения на постоянном токе. В 1880 году Томас Эдисон патентует систему производства и распространения электроэнергии, которая включала три провода - нулевой и ±110 вольт (это снижало материалоёмкость при тех же потерях энергии). Одновременно был продемонстрирован невиданный доселе срок жизни его лампочки - 1200 часов. Именно тогда Эдисон сказал: «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешёвым, что только богачи будут жечь свечи». В январе 1882 года Эдисон запускает первую электростанцию в Лондоне, а несколькими месяцами позже - в Манхэттене. К 1887 году в США на трёхпроводной системе Эдисона, несмотря на ее слабость - большие потери мощности в проводах, существовало более сотни электростанций постоянного тока.
В 1882 году на Всероссийской промышленно-художественной выставке в Москве лаборант Московского университета И. Ф Усагин, продемонстрировал построенное им устройство, с помощью которого можно было осуществлять то, что в настоящее время делает трансформатор. Это была индукционная катушка оригинальной конструкции, позволяющая включать в цепь несколько источников света. И. Ф. Усагин был награждён за это устройство дипломом II степени, равноценным серебряной медали.
Новым шагом в использовании трансформаторов с разомкнутой магнитной системой для целей распределения электроэнергии явилась «система распределения электричества для производства света и двигательной силы», запатентованная во Франции в 1882 г. Голяром и Гиббсом. Их трансформаторы предназначались уже не только для «дробления» энергии, но и для преобразования напряжения, т.е. имели коэффициент трансформации, отличный от единицы. В 1883 г. они устанавливаются на подстанциях Лондонского метрополитена, а в 1884 г. - в Турине (Италия). Теперь, трансформатор становился весомым аргументом в так называемом споре видов электрического тока (постоянного и переменного) и способствовал триумфу систем переменного тока по сравнению с их аналогами, питаемыми постоянным током.
В 1884 г. братья Джон и Эдуард Гопкинсоны создали трансформатор с замкнутым сердечником, одним из важнейших элементов современных устройств. Он состоял из набранных стальных полос, разделенных между собой изоляционным материалом. На сердечнике установили поочередно «повышающие» и «понижающие» катушки. Однако для передачи электрической энергии переменного тока высокого напряжения было необходимо дальнейшее усовершенствование системы.
Наконец в 1885 г. венгерские электротехники О. Блажи, М.Дери и К. Циперновски предложили сразу несколько модификаций устройства - кольцевую, броневую и стержневую. Авторы решения также ввели в обиход термин «трансформатор», происходящий от латинского transformo - преобразую. Их изобретение имело замкнутый шихтованный сердечник, имевший особое значение для мощных силовых трансформаторов. Кроме того, инженеры нашли оптимальное соотношение меди и стали в конструкции трансформатора.
Параллельно молодой инженер Уильям Стэнли задался целью создать простой и дешевый в производстве трансформатор для передачи электроэнергии. В 1884 г., поступив на службу к миллионеру Вестингхаузу, он, узнав о работе Голяра и Гиббса, посоветовал своему работодателю приобрести патенты на трансформатор. К началу лета 1885 г. им уже было создано несколько трансформаторов с сердечниками замкнутой формы. В конце 1885 г. фирма «Westinghouse Electric» по чертежам Уильяма Стэнли построил первый в мире автотрансформатор.
Инженеры продолжали модернизировать схемы передачи электроэнергии и вместе с ними - трансформатор. В 1889 г. Д. Свиндерн предложил масляное охлаждение трансформаторов. Все это способствовало широкому применению однофазных трансформаторов в целях освещения. Наиболее мощная установка переменного тока была сооружена в Риме в 1886 г. (15000 кВА). Продавцом была фирма «Ганц и К°» (Ganz and Company), основанная авторами однофазного трансформатора. Одной из первых электростанций, построенных этой же фирмой в 1987, была станция в Одессе для освещения нового оперного театра, широко известного в Европе.
При этом нельзя сказать, что первое электрооборудование в России было встречено общественностью восторженно. Мотивом для критики отчасти служило не в меру патриотичное стремление защитить «отечественного производителя». В некоторых ученых докладах и в газетных статьях система трансформации обличалась как нечто еретическое, ненациональное и, безусловно, нерентабельное; доказывалось, что трансформаторы начисто запрещены во всех порядочных государствах Запада и терпятся разве в какой-нибудь Италии, падкой на дешевизну.
Система трехфазного тока в первые годы своего существования требовала решения проблемы передачи энергии на большие расстояния. Но электропередача выгодна при высоком напряжении, для получения которого в случае переменного тока необходим трансформатор. В трехфазной системе не было принципиальных затруднений для трансформирования энергии, но были нужны три однофазных трансформатора вместо одного при однофазной системе. Чтобы избежать увеличения количества дорогих машин, нужно было найти принципиально новое решение.
В 1889 г. это удалось сделать М. О. Доливо-Добровольскому. Он изобрел трехфазный трансформатор. Для того чтобы иметь возможность регулировать напряжение в отдельных фазах и располагать двумя напряжениями в системе (фазным и линейным), Доливо-Добровольский разработал в 1890 г. четырехпроводную схему трехфазной цепи, или, иначе, систему трехфазного тока с нулевым проводом. Он же указал, что вместо нейтрального или нулевого провода можно использовать землю. Доливо-Добровольский обосновал свои предложения доказательством того, что четырехпроводная трехфазная система позволяет допускать определенную асимметрию нагрузки; при этом напряжение на зажимах каждой фазы будет оставаться неизменным. Для регулирования напряжения в отдельных фазах четырехпроводной системы Доливо-Добровольский предложил использовать изобретенный им трехфазный автотрансформатор с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, на который им в октябре 1891 г. была сделана патентная заявка. В принципе эта конструкция сохранилась до настоящего времени.
1891 году М. О. Доливо-Добровольский построил (фирма AEG) первую трехфазную линию электропередачи Лауфен-Франкфурт расстоянием 170 км. Линейное напряжение генератора в Лауфене составляло 95 вольт. Повышающий трансформатор имел коэффициент трансформации равный 154. Следовательно, рабочее напряжение в ЛЭП составляло 14 650 вольт (95х154). Для того времени это было очень высокое напряжение. Результаты испытаний этой линии подтвердили возможность применения системы трехфазного тока для передачи значительных количеств электроэнергии при сравнительно высоком КПД. Доливо-Добровольский использовал в конце линии понижающие трансформаторы, которые снижали напряжение на выходе до 116 вольт. К одному из этих трансформаторов было подключено 1000 ламп накаливания по 16 свечей (55 ватт) каждая, к другому - большой трехфазный двигатель Доливо-Добровольского. Потери при электропередачи составили всего 25%, что являлось очень хорошим показателем. Далее линия была испытана при напряжении в 25 000 В. При этом ее КПД увеличился, а потери снизились до 21%.
С ростом мощности трансформаторов начинается строительство электростанций и энергетических систем. Небезынтересно заметить, что первой самой мощной в мире электростанцией, построенной в 1893 году, с трехфазными генераторами и трансформаторами была станция обслуживания первого в России промышленного предприятия с трехфазным электрооборудованием. Это был Новороссийский элеватор.
Благодаря открытиям и достижениям отечественных ученых в России в начале ХХ века была определена ориентация дальнейшего развития электроэнергетики на применение переменного тока высокого напряжения, тогда как зарубежные концепции все еще склонялись в пользу постоянного тока и техники низких напряжений.
Уже на рубеже ХIX-XX веков большинство электростанций в мире выдавали переменный ток, но существовало и немало потребителей постоянного тока. Переменный ток для них преобразовывался в постоянный с помощью ртутных выпрямителей.
Вот и в Казани, первая городская электростанция, пущенная в 1895 году, была на постоянном токе. Электростанции постоянного тока строились вплоть до 1920-х годов. Хельсинки окончательно перешли на переменный ток в 1940-х годах, Стокгольм в 1960-х. В США вплоть до 90-х годов существовало 4,6 тыс. разрозненных потребителей постоянного тока. В 1998 году начались попытки перевести их на переменный ток, которые увенчались успехом в конце ноября 2007 года.
Первая в Казанской губернии электростанция трехфазного переменного тока напряжением 2100 В была пущена в Казани на пороховом заводе в 1915 году. В тот же год начинает работать электростанция на элеваторе в Набережных Челнах. Через два года на Бондюжском заводе введена в работу промышленная электростанция с турбогенератором мощностью 600 кВт.
В 1925 году начался перевод Казани на переменный ток. Существующая воздушная линия постоянного тока обходилась чрезвычайно дорого городу. Переменный же ток давал громадную экономию в материалах, возможность благодаря высокому напряжению передавать энергию на большие расстояния. Некоторое время в городе применялся одновременно постоянный ток (верхняя часть города) и переменный трехфазный - от вновь введенной электростанции имени III годовщины ТАССР. Для усиления питания верхней части города ток высокого напряжения с этой станции подавался на электростанцию "Красная заря" и там, через понижающий трансформатор и мотор-генератор преобразовывался в постоянный. Реконструкция казанской электросети для перехода от постоянного тока на переменный была закончена в 1927 году и производилась под руководством талантливого инженера-электромеханика Владимира Александровича Вишневского.
Интернет-портал Торгового дома «Трансформатор»
Кацман М. М. Электрические машины и трансформаторы. - М.: 1971, с. 9-11.
Электро-Info"
ЭЛЕКТРО 6/2003.- С. 52-54
А.Л. Кислицын «ТРАНСФОРМАТОРЫ», Учебное пособие, Ульяновск 2001, 76 с.
Рыжков К.В. 100 великих изобретений. - М.: Вече, 1999. - 528 с.
«Новые известия» 12 Декабря 2007 г. «Электрический удар», Захар Радов
Журнал «Электричество» № 13-14 за 1889 г.