การแปลงรูปหม้อแปลง

ในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าที่ทันสมัยวิศวกรรมวิทยุโทรคมนาคมระบบอัตโนมัติหม้อแปลงได้กลายเป็นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งถือเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ไฟฟ้าทั่วไป การประดิษฐ์หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นหนึ่งในหน้าที่ยอดเยี่ยมที่สุดในประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมไฟฟ้า เกือบ 120 ปีที่ผ่านมานับตั้งแต่การสร้างหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเฟสเดียวซึ่งเป็นผลงานประดิษฐ์จากยุค 30 จนถึงกลาง 80 ของศตวรรษที่ XIX นักวิทยาศาสตร์วิศวกรจากประเทศต่าง ๆ

ทุกวันนี้มีการรู้จักการออกแบบหม้อแปลงหลายพันรูปแบบตั้งแต่ขนาดเล็กไปจนถึงขนาดยักษ์สำหรับการขนส่งซึ่งต้องใช้แพลตฟอร์มทางรถไฟพิเศษหรืออุปกรณ์ลอยน้ำที่ทรงพลัง

อย่างที่คุณทราบเมื่อมีการส่งไฟฟ้าในระยะไกลจะมีการใช้แรงดันไฟฟ้าหลายแสนโวลต์ แต่ผู้บริโภคตามกฎแล้วไม่สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่เช่นนี้โดยตรง ดังนั้นพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนโรงไฟฟ้าพลังน้ำหรือโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์มีการเปลี่ยนแปลงซึ่งเป็นผลให้พลังงานทั้งหมดของหม้อแปลงไฟฟ้าสูงกว่ากำลังผลิตติดตั้งของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายเท่า การสูญเสียพลังงานในหม้อแปลงควรน้อยที่สุดและปัญหานี้เป็นหนึ่งในปัญหาหลักในการออกแบบ

การสร้างหม้อแปลงเป็นไปได้หลังจากค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดยนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่สิบเก้า อังกฤษเอ็มฟาราเดย์และอเมริกันดีเฮนรี่ ประสบการณ์ของฟาราเดย์ด้วยวงแหวนเหล็กที่ขดลวดสองอันแยกออกจากกันถูกพันบาดแผลปฐมภูมิเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่และรองด้วยเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าลูกศรที่เบี่ยงเบนเมื่อเปิดและปิดวงจรหลักเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง เราสามารถสรุปได้ว่าอุปกรณ์ฟาราเดย์เป็นต้นแบบของหม้อแปลงไฟฟ้าที่ทันสมัย แต่ฟาราเดย์หรือเฮนรี่ไม่ได้เป็นนักประดิษฐ์ของหม้อแปลง พวกเขาไม่ได้ศึกษาปัญหาของการแปลงแรงดันไฟฟ้าในการทดลองของพวกเขาอุปกรณ์ถูกป้อนโดยตรงแทนที่จะสลับกระแสและทำหน้าที่ไม่ต่อเนื่อง แต่ทันทีในขณะที่กระแสถูกเปิดหรือปิดในขดลวดปฐมภูมิ

อุปกรณ์ไฟฟ้าตัวแรกที่ใช้ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือขดลวดเหนี่ยวนำ เมื่อขดลวดปฐมภูมิถูกเปิดในนั้น EMF ที่สำคัญจะถูกเหนี่ยวนำในชั้นรองทำให้เกิดประกายไฟขนาดใหญ่ระหว่างปลายของขดลวดนี้ ในช่วงปี 1835–1844 มีการจดสิทธิบัตรอุปกรณ์หลายสิบตัว ที่สมบูรณ์แบบที่สุดคือขดลวดเหนี่ยวนำของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน G.D. Ruhmkorff

ขดลวดเหนี่ยวนำปกป้อง Kronstadt

การใช้ขดลวดเหนี่ยวนำที่ประสบความสำเร็จครั้งแรกนั้นเกิดขึ้นในช่วงต้นยุค 40 ของศตวรรษที่ XIX โดยนักวิชาการชาวรัสเซีย B.S. Jacobi (1801–1874) สำหรับการจุดระเบิดของประจุผงของเหมืองไฟฟ้าใต้น้ำ เขตที่วางทุ่นระเบิดในอ่าวฟินแลนด์สร้างขึ้นภายใต้การนำของเขาปิดกั้นทางสู่ Kronstadt โดยกองทหารอังกฤษ - ฝรั่งเศสสองคนเป็นที่รู้กันว่าในระหว่างสงครามครั้งนี้การป้องกันชายฝั่งทะเลบอลติกมีความสำคัญอย่างยิ่ง กองทหารอังกฤษ - ฝรั่งเศสขนาดใหญ่ซึ่งประกอบด้วย 80 ลำด้วยจำนวนปืน 3600 กระบอกพยายามบุกทะลวงไปที่ Kronstadt ไม่สำเร็จ หลังจากเรือธง Merlin ชนกับเหมืองไฟฟ้าใต้น้ำฝูงบินถูกบังคับให้ออกจากทะเลบอลติก

ข้าศึกยอมรับอย่างน่าเสียใจ: "กองทัพพันธมิตรไม่สามารถทำอะไรเด็ดขาด: การต่อสู้กับป้อมปราการอันยิ่งใหญ่ของ Kronstadt จะเป็นอันตรายต่อชะตากรรมของเรือ" เฮรัลด์หนังสือพิมพ์ภาษาอังกฤษผู้โด่งดังหัวเราะรองพลเรือเอก Nepir: "เขามาเห็นแล้ว ... ไม่ชนะ ... รัสเซียหัวเราะและเราตลกจริง ๆ "เหมืองไฟฟ้าที่ไม่รู้จักในยุโรปบังคับกองเรือที่งดงามที่สุดที่เคยปรากฏในทะเลเพื่อล่าถอยเขาตามที่หนังสือพิมพ์ฉบับอื่นเขียนไม่เพียง แต่“ ไม่ได้ผลักดันสงครามไปข้างหน้า แต่กลับมาโดยไม่ได้รับชัยชนะเพียงครั้งเดียว”

ขดลวดเหนี่ยวนำถูกใช้ครั้งแรกเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าโดยวิศวกรไฟฟ้าชาวรัสเซียที่มีความสามารถและนักประดิษฐ์ Pavel Nikolayevich Yablokov (1847–1894)

ในปี 1876 เขาคิดค้น "เทียนไฟฟ้า" ที่มีชื่อเสียง - แหล่งกำเนิดแสงไฟฟ้าซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายและเป็นที่รู้จักในนาม "แสงรัสเซีย" ด้วยความเรียบง่าย "เทียนไฟฟ้า" จึงแผ่ขยายไปทั่วยุโรปเป็นเวลาหลายเดือนและถึงห้องของเปอร์เซียอิหร่านและราชาแห่งกัมพูชา

สำหรับการรวมเทียนจำนวนมากไปพร้อม ๆ กันในเครือข่ายไฟฟ้า Yablochkov ได้คิดค้นระบบ "การบดขยี้พลังงานไฟฟ้า" โดยใช้ขดลวดเหนี่ยวนำ เขาได้รับสิทธิบัตรสำหรับ "เทียน" และแผนการรวมเข้าด้วยกันในปี 2419 ในฝรั่งเศสซึ่งเขาถูกบังคับให้ออกจากรัสเซียเพื่อไม่ให้ติดคุก "หนี้" (เขาเป็นเจ้าของเวิร์คช็อปเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กและสนใจที่จะทดลองกับอุปกรณ์ที่เขาใช้ในการซ่อมแซมไม่ได้จ่ายเจ้าหนี้ตรงเวลาเสมอ)

ในระบบของ“ การบดอัดพลังงานไฟฟ้า” ที่พัฒนาโดย Yablochkov ขดลวดปฐมภูมิของขดลวดเหนี่ยวนำถูกเชื่อมต่อเป็นชุดกับเครือข่ายกระแสสลับและจำนวนของเทียนที่แตกต่างกันอาจรวมอยู่ในขดลวดทุติยภูมิโหมดการทำงานที่ไม่ขึ้นอยู่กับโหมดของผู้อื่น ดังที่ระบุไว้ในสิทธิบัตรวงจรดังกล่าวทำให้เป็นไปได้ "เพื่อให้พลังงานแยกต่างหากสำหรับอุปกรณ์ส่องสว่างหลายชนิดที่มีความเข้มแสงที่แตกต่างจากแหล่งไฟฟ้าเดี่ยว" เห็นได้ชัดว่าในวงจรนี้ขดลวดเหนี่ยวนำทำงานในโหมดหม้อแปลง

หากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงรวมอยู่ในเครือข่ายหลัก Yablochkov ได้จัดเตรียมไว้สำหรับการติดตั้งเบรกเกอร์พิเศษ สิทธิบัตรสำหรับการรวมเทียนผ่านหม้อแปลงได้รับโดย Yablochkov ในฝรั่งเศส (1876), เยอรมนีและอังกฤษ (1877), ในรัสเซีย (1878) และเมื่อไม่กี่ปีต่อมาข้อพิพาทเริ่มต้นขึ้นซึ่งเป็นของลำดับความสำคัญในการประดิษฐ์ของหม้อแปลง, สังคมฝรั่งเศส "ไฟฟ้าแสงสว่าง" ซึ่งออกข้อความเมื่อวันที่ 30 พฤศจิกายน 1876 ยืนยันความสำคัญของ Yablochkov: ในสิทธิบัตร "... หลักการของการดำเนินงานและวิธีการเปิดหม้อแปลง . มีรายงานด้วยว่า "ความสำคัญของ Yablochkov ได้รับการยอมรับในอังกฤษ"

รูปแบบของ "การบดขยี้พลังงานไฟฟ้า" โดยวิธีการของหม้อแปลงไฟฟ้าได้แสดงให้เห็นถึงการจัดนิทรรศการไฟฟ้าในปารีสและมอสโก การติดตั้งนี้เป็นต้นแบบของเครือข่ายไฟฟ้าที่ทันสมัยพร้อมองค์ประกอบหลัก: เครื่องกำเนิดหลัก - เครื่องกำเนิด - สายส่ง - หม้อแปลง - เครื่องรับ ความสำเร็จที่โดดเด่นของ Yablochkov ในการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้าได้รับรางวัลยอดเยี่ยมแห่งฝรั่งเศส - Order of the Legion of Honor

2425 ใน I.F Usagin แสดงที่งานแสดงสินค้าอุตสาหกรรมในมอสโกในรูปแบบของ "การบด" ของ Yablochkov แต่เขาได้รวมเครื่องรับหลายอย่างในขดลวดทุติยภูมิของขดลวด: มอเตอร์ไฟฟ้าขดลวดความร้อนตะเกียงโค้งและเทียนไฟฟ้า ในการทำเช่นนี้เขาแสดงให้เห็นถึงความเก่งกาจของ AC และได้รับรางวัลเหรียญเงินเป็นครั้งแรก

ดังที่ระบุไว้แล้วในการติดตั้ง Yablochkov หม้อแปลงไม่ได้มีวงจรแม่เหล็กปิดซึ่งตรงตามข้อกำหนดทางเทคนิคทั้งหมด: เมื่อขดลวดปฐมภูมิถูกเปิดตามลำดับการเปิดและปิดผู้บริโภคบางส่วนในขดลวดทุติยภูมิไม่ได้ส่งผลกระทบต่อโหมดการทำงานของผู้อื่น

สิ่งประดิษฐ์ของ Yablochkov ให้แรงผลักดันอันทรงพลังแก่การใช้กระแสสลับ ในประเทศต่าง ๆ ผู้ประกอบการด้านวิศวกรรมไฟฟ้าเริ่มถูกสร้างขึ้นสำหรับการผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับและการปรับปรุงเครื่องมือสำหรับการเปลี่ยนแปลง

เมื่อมีความจำเป็นต้องส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกลการใช้กระแสตรงแรงดันสูงสำหรับจุดประสงค์เหล่านี้ไม่ได้ผล ระบบส่งกำลังไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรกถูกนำมาใช้ในปีพ. ศ. 2426 เพื่อให้แสงสว่างแก่รถไฟใต้ดินของลอนดอนสายยาวประมาณ 23 กม. แรงดันเพิ่มขึ้นเป็น 1500 V ด้วยความช่วยเหลือของหม้อแปลงที่สร้างขึ้นในปี 1882 ในฝรั่งเศสโดย L. Goliard และ D. Gibbs หม้อแปลงเหล่านี้มีวงจรแม่เหล็กแบบเปิดอยู่ด้วย แต่มีไว้สำหรับการแปลงแรงดันไฟฟ้าและมีค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างจากเอกภาพ ขดลวดเหนี่ยวนำจำนวนมากถูกติดตั้งบนแท่นไม้ซึ่งเป็นขดลวดปฐมภูมิซึ่งเชื่อมต่อกันเป็นชุด ขดลวดทุติยภูมิถูกแบ่งพาร์ติชั่นและแต่ละส่วนมีขั้วต่อสองตัวสำหรับตัวรับสัญญาณเชื่อมต่อ นักประดิษฐ์เตรียมไว้สำหรับการขยายแกนเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ

หม้อแปลงสมัยใหม่มีวงจรแม่เหล็กปิดและขดลวดหลักของพวกเขาเชื่อมต่อในแบบคู่ขนาน เมื่อตัวรับสัญญาณเชื่อมต่อแบบขนานการใช้วงจรแม่เหล็กแบบเปิดไม่ได้เป็นเหตุผลทางเทคนิค พบว่าหม้อแปลงที่มีวงจรแม่เหล็กปิดมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นมีการสูญเสียน้อยลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ดังนั้นเมื่อระยะการส่งสัญญาณเพิ่มขึ้นและแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นในสายพวกเขาจึงเริ่มออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าระบบปิดในปี 1884 ในประเทศอังกฤษโดยพี่น้อง John และ Edward Hopkinson แกนแม่เหล็กถูกดึงมาจากแถบเหล็กที่แยกได้จากกันทำให้ลดการสูญเสียกระแสวน ขดลวดแรงดันสูงและแรงต่ำถูกจัดเรียงสลับกันบนวงจรแม่เหล็ก ความไม่สะดวกในการใช้งานหม้อแปลงที่มีวงจรแม่เหล็กแบบปิดที่มีการเชื่อมต่อแบบต่อเนื่องของขดลวดหลักได้ถูกชี้ให้เห็นเป็นครั้งแรกโดยวิศวกรไฟฟ้าชาวอเมริกันชื่ออาร์เคนเนดีในปี 1883 โดยเน้นว่าการเปลี่ยนแปลงโหลดในวงจรทุติยภูมิ สิ่งนี้สามารถกำจัดได้โดยการเชื่อมต่อของขดลวดแบบขนาน สิทธิบัตรครั้งแรกสำหรับหม้อแปลงดังกล่าวได้รับโดย M. Deri (ในเดือนกุมภาพันธ์ 1885) ในแผนการส่งกำลังไฟฟ้าแรงสูงภายหลังขดลวดปฐมภูมิเริ่มเชื่อมต่อในแบบคู่ขนาน

หม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียวที่ทันสมัยที่สุดที่มีวงจรแม่เหล็กแบบปิดได้รับการพัฒนาในปี 1885 โดยวิศวกรไฟฟ้าชาวฮังการี: M. Deri (1854–1934), O. Blati (1860–1939) และ K. Tsipernovsky (1853–1942) พวกเขาใช้คำว่า "หม้อแปลง" เป็นครั้งแรก ในการยื่นขอจดสิทธิบัตรพวกเขาชี้ให้เห็นถึงบทบาทที่สำคัญของวงจรแม่เหล็กแบบปิดที่มีประจุโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง พวกเขายังเสนอการดัดแปลงสามอย่างของหม้อแปลงที่ใช้ในปัจจุบัน: แหวนเกราะและคัน หม้อแปลงดังกล่าวผลิตขึ้นโดยโรงงานผลิตเครื่องจักรกล Ganz & Co. ในบูดาเปสต์ พวกเขามีองค์ประกอบทั้งหมดของหม้อแปลงที่ทันสมัย

เครื่องถ่ายโอนอัตโนมัติเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นโดย W. Stanley ช่างไฟฟ้าของ บริษัท Westinghouse ของอเมริกาในปี 1885 และได้รับการทดสอบอย่างประสบความสำเร็จใน Pittsburgh

สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของหม้อแปลงคือการนำความเย็นของน้ำมัน (ปลายทศวรรษ 1880, D. Swinburne) Swinburn วางหม้อแปลงตัวแรกในภาชนะเซรามิกที่เติมน้ำมันซึ่งเพิ่มความน่าเชื่อถือของฉนวนของขดลวด ทั้งหมดนี้นำไปสู่การใช้อย่างแพร่หลายของหม้อแปลงเฟสเดียวเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้แสงสว่าง การติดตั้งที่ทรงพลังที่สุดของ บริษัท Ganz & Co. ถูกสร้างขึ้นในกรุงโรมในปี 1886 (15,000 kVA) หนึ่งในโรงไฟฟ้าแห่งแรกที่สร้างโดย บริษัท ในรัสเซียคือสถานีในโอเดสซาเพื่อให้แสงสว่างแก่โรงละครโอเปร่าแห่งใหม่ซึ่งเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางในยุโรป

AC ชัย ระบบสามเฟส

80 ของศตวรรษที่ XIX เข้าสู่ประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมไฟฟ้าภายใต้ชื่อ "การต่อสู้หม้อแปลงไฟฟ้า"การดำเนินงานที่ประสบความสำเร็จของหม้อแปลงเฟสเดียวได้กลายเป็นข้อโต้แย้งที่น่าเชื่อถือในการใช้งานของกระแสสลับ แต่เจ้าของ บริษัท ไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ผลิตอุปกรณ์กระแสตรงไม่ต้องการที่จะสูญเสียกำไรและในทุก ๆ ทางป้องกันการเปิดตัวของกระแสสลับโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการส่งพลังงานทางไกล

นักข่าวที่จ่ายเงินอย่างกว้างขวางเผยแพร่นิทานทุกประเภทเกี่ยวกับการสลับกระแส นักประดิษฐ์ชาวอเมริกันชื่อดัง T.A. ได้ต่อต้าน AC Edison (1847–1931) หลังจากสร้างหม้อแปลงเขาปฏิเสธที่จะเข้าร่วมทดสอบของเขา “ ไม่ไม่” เขาอุทาน“ กระแสสลับไร้สาระไร้อนาคต” "ฉันไม่เพียง แต่ไม่ต้องการตรวจสอบมอเตอร์ AC แต่ยังรู้เกี่ยวกับมัน!" นักเขียนชีวประวัติของเอดิสันอ้างว่าเมื่อเขาใช้ชีวิตที่ยืนยาวนักประดิษฐ์ก็เชื่อมั่นในมุมมองที่ผิดพลาดของเขาและจะให้คำตอบมากมายกับเขา

ความเฉียบแหลมของการต่อสู้หม้อแปลงถูกเขียนขึ้นโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียชื่อดัง A.G. Stoletov ในปี 1889 ในวารสารการไฟฟ้า:“ หนึ่งนึกถึงการข่มเหงโดยหม้อแปลงในประเทศของเราเกี่ยวกับโครงการล่าสุดโดย Ganz & Co. เพื่อส่องสว่างส่วนหนึ่งของกรุงมอสโก ทั้งในรายงานโดยปากเปล่าและบทความในหนังสือพิมพ์ระบบนั้นถูกประณามว่าเป็นสิ่งผิดกฎหมายไร้เหตุผลและแน่นอนถึงขั้นร้ายแรง: พิสูจน์ได้ว่าหม้อแปลงถูกห้ามอย่างสมบูรณ์ในประเทศตะวันตกที่เหมาะสมทั้งหมดและสามารถทนต่อความเลวในอิตาลีเท่านั้น ไม่ใช่ทุกคนที่รู้ว่าการเปิดตัวกระแสไฟฟ้าในรัฐนิวยอร์กในปี 1889 โดยใช้กระแสไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูงนักธุรกิจจากวิศวกรรมไฟฟ้ายังพยายามใช้ AC เพื่อประนีประนอมกับบุคคลที่คุกคามชีวิต

การสร้างหม้อแปลงเฟสเดียวที่เชื่อถือได้ปูทางสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้าและสายส่งกระแสไฟฟ้าเฟสเดียวซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับแสงไฟฟ้า แต่ในการเชื่อมต่อกับการพัฒนาของอุตสาหกรรมการก่อสร้างโรงงานและโรงงานขนาดใหญ่ความต้องการมอเตอร์ไฟฟ้าแบบประหยัดก็ยิ่งแหลมมากขึ้น อย่างที่ทราบกันว่ามอเตอร์ AC แบบเฟสเดียวไม่มีแรงบิดเริ่มต้นและไม่สามารถใช้เพื่อจุดประสงค์ในการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าได้ ดังนั้นในช่วงกลางยุค 80 ของศตวรรษที่ XIX ปัญหาพลังงานที่ซับซ้อนเกิดขึ้น: มันเป็นสิ่งจำเป็นในการสร้างการติดตั้งเพื่อการส่งกำลังที่ประหยัดของพลังงานไฟฟ้าแรงสูงในระยะทางไกลและเพื่อพัฒนาการออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ง่ายและประหยัดที่ตรงตามข้อกำหนดของลวดไฟฟ้าอุตสาหกรรม

ขอบคุณความพยายามของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจากประเทศต่าง ๆ ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขบนพื้นฐานของระบบไฟฟ้าแบบหลายเฟส การทดลองแสดงให้เห็นว่าเหมาะสมที่สุดของพวกเขาคือระบบสามเฟส ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการพัฒนาระบบสามเฟสทำได้โดยวิศวกรไฟฟ้าชาวรัสเซียที่โดดเด่น M.O. Dolivo-Dobrovolsky (2405-2462) ถูกบังคับให้อาศัยและทำงานในประเทศเยอรมนีเป็นเวลาหลายปี ในปี 1881 เขาถูกไล่ออกจาก Riga Polytechnic Institute เพื่อเข้าร่วมขบวนการปฏิวัตินักศึกษาโดยไม่มีสิทธิ์เข้าสถาบันการศึกษาขั้นสูงในรัสเซีย

ในปี 1889 เขาได้คิดค้นมอเตอร์เหนี่ยวนำกรงกระรอกสามเฟสที่เรียบง่ายอย่างน่าประหลาดใจซึ่งการก่อสร้างซึ่งโดยหลักการแล้วยังมีชีวิตรอดมาจนถึงทุกวันนี้ แต่สำหรับการส่งกระแสไฟฟ้าที่แรงดันสูงจำเป็นต้องใช้หม้อแปลงสามเฟสซึ่งเพิ่มค่าใช้จ่ายในการติดตั้งทั้งหมดอย่างมีนัยสำคัญ ในปี 1889 เดียวกันนั้น Dolivo-Dobrovolsky ได้แสดงให้เห็นถึงเพศที่ไม่ธรรมดาทำให้เกิดหม้อแปลงสามเฟส

แต่เขาไม่ได้มาที่การออกแบบในทันทีซึ่งโดยหลักการแล้วเหมือนกับรถมอเตอร์เหนี่ยวนำซึ่งรอดชีวิตมาได้จนถึงปัจจุบัน ตอนแรกมันเป็นอุปกรณ์ที่มีการจัดเรียงของแกนรัศมีการออกแบบยังคงคล้ายกับเครื่องใช้ไฟฟ้าโดยไม่มีช่องว่างอากาศด้วยเสาที่ยื่นออกมาและขดลวดโรเตอร์จะถูกถ่ายโอนไปยังแท่ง จากนั้นก็มีสิ่งปลูกสร้างหลายประเภท "ปริซึม" ในที่สุดในปีพ. ศ. 2434 นักวิทยาศาสตร์ได้รับสิทธิบัตรสำหรับหม้อแปลงสามเฟสโดยมีการเรียงตัวของแกนขนานในระนาบเดียวซึ่งคล้ายกับโมเดอเรเตอร์สมัยใหม่

การทดสอบทั่วไปของระบบสามเฟสโดยใช้หม้อแปลงสามเฟสคือระบบส่งกำลัง Laufen-Frankfurt ที่มีชื่อเสียงสร้างขึ้นในปี 1891 ในประเทศเยอรมนีโดยมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันของ Dolivo-Dobrovolsky ผู้พัฒนาอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับมัน ใกล้เมือง Laufen ใกล้น้ำตกบนแม่น้ำ Neckar มีการสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำกังหันพลังน้ำซึ่งสามารถพัฒนาพลังงานที่มีประโยชน์ได้ประมาณ 300 แรงม้า การหมุนถูกส่งไปยังเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสสามเฟส ด้วยวิธีการของหม้อแปลงสามเฟสที่มีความจุ 150 kVA (ไม่เคยมีใครทำหม้อแปลงมาก่อน) กระแสไฟฟ้าที่แรงดัน 15 kV ถูกส่งผ่านสายส่งสามสายในระยะทางมาก (170 กม.) ในแฟรงค์เฟิร์ตซึ่งเปิดนิทรรศการทางเทคนิคระหว่างประเทศ ประสิทธิภาพการส่งเกิน 75% ในแฟรงค์เฟิร์ตมีการติดตั้งหม้อแปลงสามเฟสที่ไซต์งานซึ่งช่วยลดแรงดันไฟฟ้าให้เหลือ 65 โวลต์งานแสดงนี้มีหลอดไฟ 1,000 ดวง มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสสามเฟสที่มีกำลังประมาณ 75 กิโลวัตต์ถูกติดตั้งในห้องโถงซึ่งใช้ปั๊มไฮดรอลิกที่จ่ายน้ำให้กับน้ำตกตกแต่งที่มีแสงสว่างเพียงพอ มีห่วงโซ่พลังงานชนิดหนึ่ง: น้ำตกเทียมถูกสร้างขึ้นโดยพลังงานของน้ำตกธรรมชาติห่างจากแรก 170 กม. ผู้เข้าชมงานที่น่าประทับใจประทับใจกับความสามารถของพลังงานไฟฟ้า

การถ่ายโอนนี้เป็นชัยชนะที่แท้จริงของระบบสามเฟสซึ่งเป็นที่ยอมรับทั่วโลกในเรื่องการมีส่วนร่วมที่โดดเด่นในงานวิศวกรรมไฟฟ้าที่ทำโดย M.O Dolivo-Dobrovolsky ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1891 กระแสไฟฟ้าที่ทันสมัยได้เริ่มขึ้น

ด้วยการเติบโตของความจุของหม้อแปลงการก่อสร้างโรงไฟฟ้าและระบบพลังงานเริ่มต้นขึ้น ไดรฟ์ไฟฟ้าการขนส่งไฟฟ้าเทคโนโลยีไฟฟ้ากำลังเกิดขึ้นและพัฒนาอย่างรวดเร็ว เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าโรงไฟฟ้าที่ทรงพลังที่สุดแห่งแรกของโลกที่มีเครื่องกำเนิดและหม้อแปลงสามเฟสคือสถานีบริการขององค์กรอุตสาหกรรมแห่งแรกของรัสเซียที่มีอุปกรณ์ไฟฟ้าสามเฟส มันเป็นลิฟท์ Novorossiysk พลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสของโรงไฟฟ้าคือ 1200 kVA, มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสสามเฟสที่มีกำลังไฟจาก 3.5 ถึง 15 กิโลวัตต์ขับเคลื่อนกลไกและเครื่องจักรต่าง ๆ

กระแสไฟฟ้าส่งผลกระทบต่อสาขาใหม่ของ VET, การสื่อสาร, ชีวิต, การแพทย์ - กระบวนการนี้ลึกและขยายตัวมากขึ้นการใช้พลังงานไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก

ในช่วงศตวรรษที่ XX ในการเชื่อมต่อกับการสร้างระบบพลังงานแบบบูรณาการที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นในช่วงการส่งของพลังงานไฟฟ้าและการเพิ่มขึ้นของสายส่งไฟฟ้าความต้องการสำหรับลักษณะทางเทคนิคและการดำเนินงานของหม้อแปลงเพิ่มขึ้น ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ XX ความก้าวหน้าที่สำคัญในการผลิตหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังนั้นเกี่ยวข้องกับการใช้เหล็กไฟฟ้ารีดเย็นสำหรับวงจรแม่เหล็กซึ่งทำให้สามารถเพิ่มการเหนี่ยวนำและลดการตัดขวางและลดน้ำหนักของแกน การสูญเสียทั้งหมดในหม้อแปลงลดลงเหลือ 20% มันเป็นไปได้ที่จะลดขนาดของพื้นผิวทำความเย็นของถังน้ำมันซึ่งนำไปสู่การลดลงของปริมาณน้ำมันและการลดลงของน้ำหนักรวมของหม้อแปลง เทคโนโลยีและระบบอัตโนมัติของการผลิตหม้อแปลงไฟฟ้าได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องมีการนำวิธีการใหม่มาใช้ในการคำนวณความแข็งแรงและความเสถียรของขดลวดความต้านทานของหม้อแปลงต่อผลกระทบของแรงในระหว่างการลัดวงจรหนึ่งในปัญหาเร่งด่วนของการสร้างหม้อแปลงไฟฟ้าที่ทันสมัยคือความสำเร็จของความเสถียรแบบไดนามิกของหม้อแปลงที่ทรงพลัง

โอกาสที่ยอดเยี่ยมสำหรับการเพิ่มพลังของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังเปิดขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวด การใช้วัสดุแม่เหล็กประเภทใหม่ - โลหะผสมอสัณฐานตามที่ผู้เชี่ยวชาญสามารถลดการสูญเสียพลังงานในแกนได้ถึง 70%

หม้อแปลงในการให้บริการของวิทยุอิเล็กทรอนิกส์และการสื่อสารโทรคมนาคม

หลังจากการค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดย G. Hertz (1857–1894) ในปี 1888 และการสร้างหลอดอิเล็กตรอนแรกในปี 1904–1907 สิ่งที่จำเป็นต้องมีจริงปรากฏขึ้นสำหรับการสื่อสารไร้สายความต้องการที่เพิ่มขึ้น องค์ประกอบสำคัญของวงจรสำหรับสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีแรงดันและความถี่สูงรวมถึงการขยายสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้กลายเป็นหม้อแปลง

หนึ่งในนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ศึกษาคลื่น Hertzian คือนักวิทยาศาสตร์ชาวเซอร์เบียที่มีความสามารถ Nikola Tesla (1856–1943) ผู้เป็นเจ้าของสิ่งประดิษฐ์มากกว่า 800 รายการในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าวิศวกรรมวิทยุและ telemechanics และคนอเมริกันเรียกว่า "ราชาแห่งไฟฟ้า" ในการบรรยายของเขาที่ Franklin University ใน Philadelphia ในปี 1893 เขาค่อนข้างพูดอย่างแน่นอนเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการประยุกต์ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า “ ฉันต้องการ” นักวิทยาศาสตร์กล่าว“ เพื่อพูดคำสองสามคำเกี่ยวกับเรื่องนี้ซึ่งอยู่ในใจของฉันตลอดเวลาซึ่งส่งผลกระทบต่อสวัสดิการของเราทุกคน ฉันหมายถึงการส่งสัญญาณที่มีความหมายบางทีอาจเป็นพลังงานในระยะไกลโดยไม่ต้องใช้สายใด ๆ เลย ทุกวันฉันเชื่อมั่นมากขึ้นเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในเชิงปฏิบัติของโครงการนี้ "

การทดลองด้วยการสั่นความถี่สูงและพยายามใช้ความคิดของ "การสื่อสารไร้สาย" เทสลาในปี ค.ศ. 1891 สร้างอุปกรณ์ที่เป็นต้นฉบับมากที่สุดเครื่องหนึ่งของเวลา นักวิทยาศาสตร์เกิดความคิดที่มีความสุข - การรวมคุณสมบัติของหม้อแปลงหม้อแปลงเรโซแนนซ์ซึ่งมีบทบาทอย่างมากในการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้าหลายแขนงวิศวกรรมวิทยุและเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางว่าเป็นหม้อแปลงเทสลา อย่างไรก็ตามด้วยมือเล็ก ๆ ของช่างไฟฟ้าฝรั่งเศสและผู้ให้บริการวิทยุหม้อแปลงนี้เรียกง่ายๆว่า "เทสลา"

ในอุปกรณ์ Tesla ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิได้รับการปรับให้สั่นพ้อง ขดลวดปฐมภูมิถูกเปิดผ่านช่องว่างประกายด้วยขดลวดเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ ในระหว่างการคายประจุการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กในวงจรหลักทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าแรงสูงและความถี่ในขดลวดทุติยภูมิซึ่งประกอบด้วยการหมุนจำนวนมาก

การตรวจวัดที่ทันสมัยแสดงให้เห็นว่าการใช้หม้อแปลงเรโซแนนท์สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าคุณภาพสูงที่มีแอมพลิจูดสูงถึงหนึ่งล้านโวลต์ เทสลาชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนความจุของตัวเก็บประจุนั้นเป็นไปได้ที่จะได้รับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นแตกต่างกัน

นักวิทยาศาสตร์แนะนำให้ใช้ตัวแปลงเรโซแนนซ์เพื่อกระตุ้น "ตัวนำอิมิตเตอร์" ยกสูงเหนือพื้นดินและสามารถส่งพลังงานความถี่สูงโดยไม่ต้องใช้สายไฟ เห็นได้ชัดว่า "อีซีแอล" ของเทสลาเป็นเสาอากาศแรกที่พบแอปพลิเคชั่นที่กว้างที่สุดในการสื่อสารทางวิทยุ หากนักวิทยาศาสตร์สร้างเครื่องรับคลื่นวิทยุที่ละเอียดอ่อนเขาจะต้องมาประดิษฐ์วิทยุ

ผู้เขียนชีวประวัติเทสลาเชื่อว่าก่อนที่เอเอ Popov และ G. Marconi Tesla อยู่ใกล้กับการค้นพบนี้มากที่สุด

ในปี 1893 หนึ่งปีก่อนการเอ็กซ์เรย์เทสลาค้นพบ "รังสีพิเศษ" ที่เจาะวัตถุที่ทึบแสงสู่แสงธรรมดา แต่เขาก็ยังไม่จบการศึกษาจนจบและความสัมพันธ์ฉันมิตรก็เกิดขึ้นระหว่างเขากับ Roentgen มานาน ในการทดลองชุดที่สองใช้ X-ray เทสลาเรโซแนนซ์หม้อแปลง.

ในปี 1899 เทสลาได้รับการช่วยเหลือจากเพื่อนเพื่อสร้างห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ในโคโลราโด ที่นี่ที่ระดับความสูงสองพันเมตรเขาเริ่มศึกษาการปลดปล่อยสายฟ้าและสร้างการปรากฏตัวของประจุไฟฟ้าของโลกเขามาพร้อมกับการออกแบบดั้งเดิมของ "เครื่องขยายสัญญาณเสียง" ที่คล้ายกับหม้อแปลงและช่วยให้คุณรับแรงดันไฟฟ้าได้สูงถึงหลายล้านโวลต์ที่ความถี่สูงถึง 150,000 ครั้งต่อวินาที เขาติดตั้งเสากระโดงเสาสูงประมาณ 60 ม. เมื่อเปิดเครื่องส่งเทสลาพยายามที่จะตรวจจับฟ้าผ่าขนาดใหญ่ที่มีความยาวถึง 135 ฟุตและฟ้าร้อง เขากลับมาที่ความคิดในการใช้กระแสความถี่สูงสำหรับ“ แสงความร้อนการเคลื่อนยานพาหนะไฟฟ้าบนพื้นดินและในอากาศ” แต่โดยธรรมชาติแล้วเขาไม่สามารถเข้าใจความคิดของเขาในเวลานั้นได้ หม้อแปลงเรโซแนนซ์ของเทสลาพบการประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีวิทยุตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 การดัดแปลงโครงสร้างของ บริษัท มาร์โคนีภายใต้ชื่อ“ jigger” (ตัวเรียงลำดับ) และใช้เพื่อล้างสัญญาณจากสัญญาณรบกวน

ปัญหาของช่วงการสื่อสารถูกแก้ไขด้วยแอดเวนต์ของแอมป์ หม้อแปลงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในวงจรเครื่องขยายเสียงตามการใช้งานของวิศวกรวิทยุ Ldion คิดค้นในปี 1907 โดยวิศวกรวิทยุอเมริกัน

ในศตวรรษที่ XX อิเล็กทรอนิคส์ได้หายไปนานจากอุปกรณ์หลอดขนาดใหญ่เพื่อเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และหม้อแปลงยังคงเป็นองค์ประกอบที่ไม่เปลี่ยนแปลงของแหล่งจ่ายไฟและวงจรแปลงต่าง ๆ กว่าทศวรรษที่ผ่านมาเทคโนโลยีการผลิตพลังงานต่ำ (จากส่วนของวัตต์เป็นหลายวัตต์) ได้รับการปรับปรุง การผลิตจำนวนมากของพวกเขาจำเป็นต้องใช้วัสดุไฟฟ้าพิเศษโดยเฉพาะอย่างยิ่งเฟอร์ไรท์สำหรับการผลิตแกนแม่เหล็กเช่นเดียวกับหม้อแปลงคอร์สำหรับการติดตั้งความถี่สูง การวิจัยกำลังดำเนินการเพื่อค้นหาการออกแบบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยใช้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีล่าสุด

การใช้กระแสไฟฟ้าเป็นพื้นฐานของความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมาโดยตลอด บนพื้นฐานของเทคโนโลยีในอุตสาหกรรมการขนส่งการเกษตรการสื่อสารและการก่อสร้างได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ประสบความสำเร็จอย่างไม่เคยมีมาก่อนด้วยการใช้เครื่องจักรกลและกระบวนการอัตโนมัติในกระบวนการผลิต ความสำเร็จของพลังงานโลกจะเป็นไปไม่ได้หากไม่มีการแนะนำพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงและหม้อแปลงพิเศษ

แต่จากกฎหมายวัตถุประสงค์ของการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีตามมาไม่ว่าการออกแบบขั้นสูงจะถูกสร้างขึ้นในวันนี้พวกเขาเป็นเพียงขั้นตอนเดียวในการสร้างหม้อแปลงที่ทรงพลังและมีเอกลักษณ์มากขึ้น

Jan Schneiberg