Развитие однофазных трансформаторов

В развитии трансформаторов также можно выделить несколько характерных периодов.

Первый период (1830-1870 гг.) характеризуется развитием принципов трансформации; созданием индукционных приборов, преобразующих импульсы постоянного тока одного напряжения в импульсы тока другого напряжения.

Принцип индуктивной связи двух катушек, укрепленных на стальном сердечнике, был продемонстрирован еще Фарадеем.

В конце 40-х г. и позже большое распространение получили индукционные катушки (Яблочков, Румкорф и др.), которые сыграли особенно существенную роль в качестве аппаратов системы зажигания ДВС. Следует отметить, что в современном смысле этого слова подобные устройства нельзя назвать трансформаторами.

Второй период (середина 70-х - середина 80-х гг.) характеризуется применением в сетях переменного тока индукционных катушек, которые представляли собой однофазный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом. Первыми такими трансформаторами были индукционные катушки Яблочкова. В дальнейшем подобное применение трансформаторов с разомкнутым сердечником получило развитие в работах И.Ф. Усагина и Э.Д. Гиббса.

В 1882 г. во время Московской промышленной выставки лаборант Московского университета И.Ф. Усагин продемонстрировал устройство, показавшее, что предложенный П.Н. Яблочковым способ распределения электрической энергии с помощью индукционных катушек можно целиком применять для одновременного питания любого типа электрических приемников.

Усагин воспользовался индукционными катушками с разомкнутым сердечником. В зависимости от потребителя катушки имели разные размеры, но коэффициент трансформации был равен 1. В схеме Усагина первичные обмотки семи катушек включались последовательно в цепь однофазного тока, а во вторичные обмотки включались приемники: электродвигатель; нагревательная спираль; дуговые лампы с регулятором; электрические свечи Яблочкова. Все приемники могли работать одновременно, не мешая друг другу.

Заслуга Усагина и заключается в том, что он убедительно показал универсальность переменного тока и безопасность его использования.

Новым шагом в использовании трансформаторов с разомкнутым сердечником для распределения энергии явилась "система распределения электричества для производства света и двигательной силы", запатентованная во Франции в 1882 г. Голяром и Гиббсом. Их трансформаторы предназначались не только для "дробления" энергии, но и для преобразования напряжения.

В системах дугового освещения, как правило, регулировалась величина тока в цепи последовательно включенных потребителей. Но после изобретения лампы накаливания и других приемников, для которых важно поддерживать постоянную величину напряжения, более целесообразным стало их параллельное включение. Таким образом, при параллельном включении приемников применение трансформаторов с разомкнутым сердечником становилось технически не оправданным.

В течение третьего периода (с середины 80-х г. до начала становления трехфазных систем в 90-е г.) был разработан промышленный тип трансформатора с замкнутой магнитной системой, а также предложено параллельное включение трансформаторов.

Первая конструкция трансформатора с замкнутым сердечником была создана в Англии братьями Дж. и Эд. Гопкинсон. Сердечник был набран из стальных полос или проволок, разделенных изоляционным материалом, что снижало потери на вихревые токи. На сердечнике помещались, чередуясь, обмотки высшего и низшего напряжений.

Впервые предложение о параллельном включении обмоток трансформатора высказал Р. Кеннеди в 1883 г., но более всесторонне этот способ был обоснован венгерским электротехником М. Дери, который в 1885г. получил патент.

Передача электрической энергии переменным током высокого напряжения оказалась возможной после создания промышленного типа однофазного трансформатора с замкнутой магнитной системой, имевшего достаточно хорошие эксплуатационные показатели.

Такой трансформатор в нескольких модификациях (кольцевой, броневой и стержневой) был разработан в 1885г. венгерскими электротехниками О. Блатти, М. Дери и К. Циперновским, впервые предложившими и сам термин "трансформатор".

Важное значение для расширения области применения трансформаторов и улучшения надежности их работы стало введение в конце 80-х г. масляного охлаждения (Д. Свинберн). Первые такие трансформаторы помещались в керамический сосуд, наполненный керосином или маслом.