فئات: مقالات مميزة » حقائق مثيرة للاهتمام
مرات المشاهدة: 37323
تعليقات على المادة: 4
حقائق مثيرة للاهتمام حول المحولات
يحتوي كل جهاز فني على اثنين من أعياد الميلاد: اكتشاف مبدأ التشغيل وتنفيذه. أعطى مايكل فاراداي فكرة المحول بعد سبع سنوات من العمل الشاق في "تحويل المغناطيسية إلى كهرباء".
في 29 أغسطس 1831 ، وصف فاراداي في مذكراته تجربة دخلت في وقت لاحق في جميع كتب الفيزياء المدرسية. على حلقة حديدية يبلغ قطرها 15 سم وسمكها 2 سم ، جرح المجرب بشكل منفصل سلكين بطول 15 مترًا و 18 مترًا ، وعندما تدفق التيار على طول إحدى اللفات ، انحرفت أسهم الجلفانومتر على أطراف الطرف الآخر!
ودعا العالم جهاز بسيط "لفائف التعريفي". عند تشغيل البطارية ، زاد التيار (لا داعي للقول ، ثابت) تدريجياً في الملف الرئيسي. تم إحداث تدفق مغناطيسي في الحلقة الحديدية ، حيث تفاوت حجمها أيضًا. ظهر الجهد في اللف الثانوي. بمجرد أن وصل التدفق المغناطيسي إلى الحد الأقصى ، اختفى التيار "الثانوي".
Dلكي يعمل الملف ، يجب تشغيل مصدر الطاقة وإيقاف تشغيله طوال الوقت (يدويًا - باستخدام مفتاح سكين أو ميكانيكيًا - مع مفتاح تبديل).
تجربة فاراداي التوضيح
فاراداي التعريفي لفائف
Pدائم أو متغير?
من حلقة فاراداي إلى المحول الحالي كان بعيدًا ، وجمع العلم حتى ذلك الحين البيانات اللازمة عن الفتات. لف هنري الأمريكي السلك بخيط حريري - وُلد العزل.
حاول الفرنسي فوكو تدوير قضبان الحديد في مجال مغناطيسي - وفوجئوا: لقد كانوا يسخنون. فهم العالم السبب - التيارات التي تم إنشاؤها في مجال مغناطيسي بالتناوب المتضررة. للحد من مسار التيارات الدوامة ، اقترح فوكو ، أبتون ، موظف في إديسون ، صنع النواة الحديدية الجاهزة - من صفائح منفصلة.
في عام 1872 ، أجرى البروفيسور ستولتوف دراسة أساسية عن مغنطة الحديد اللين ، وبعد ذلك بقليل ، قدم الإنجليزي إوينغ تقريراً إلى الجمعية الملكية حول فقد الطاقة أثناء انعكاس مغنطة الفولاذ.
إن حجم هذه الخسائر ، المسمى "التباطؤ" (من الكلمة اليونانية "التاريخ") ، يعتمد حقًا على عينة "الماضي". حبيبات المجالات المعدنية ، مثل عباد الشمس وراء الشمس ، تدور بعد المجال المغناطيسي وتوجه على طول خطوط القوة. العمل المنفق في هذا يتحول إلى حرارة. يعتمد ذلك على كيفية - ضعيفة أو قوية - وفي أي اتجاه تم توجيه المجالات.
المعلومات حول الخصائص المغناطيسية والموصلة المتراكمة تدريجياً حتى تتحول الكمية إلى جودة. قدم مهندسو الكهرباء من وقت لآخر مفاجآت للعالم ، ولكن ينبغي اعتبار الحدث الرئيسي في تاريخ المحولات حدثًا جعل العالم في عام 1876 يتحول إلى دهشة تجاه روسيا.
كان السبب هو شمعة يابلوخوفا. في "المصابيح" ، كان القوس يحترق بين قطبين متوازيين. في تيار مستمر ، أحرق قطب كهربائي واحد بشكل أسرع ، وسعى العالم بإصرار إلى إيجاد مخرج.
في النهاية ، قرر ، بعد أن حاول عدة طرق ، استخدام التيار المتردد ، وها! - أصبح ارتداء القطب موحد. لقد كان تصرف Yablochkov بطوليًا حقًا ، لأنه في تلك السنوات كان هناك صراع حاد بين المتحمسين للإضاءة الكهربائية وأصحاب شركات الغاز. ولكن ليس هذا فقط: أنصار الكهرباء أنفسهم ، بدوره ، عارضوا بالإجماع التيار المتردد.
لقد تلقوا تيارًا متناوبًا ، لكن القليل منهم فهم ما كان عليه. نُشرت مقالات طويلة المدى في الصحف والمجلات التي هددت مخاطر التيار المتناوب: "ليست الكمية هي التي تقتل ، بل تغييرها". أعلن المهندس الكهربائي المعروف تشيكوليف: "يجب استبدال جميع الآلات ذات التيار المتردد بآلات ذات تيار مباشر."
ألقى لاشينوف ، أخصائي بارز بنفس القدر ، اللوم علناً على Yablochkova ، لأن "التيار المباشر جيد على الإطلاق ، والتيار المتردد لا يمكن أن يلمع"."لماذا يجب على السادة - أتباع الشموع (شموع قوس Yablochkov) ألا يحاولوا تطبيق التيار المباشر بجدية عليهم ؛ لأنه مع هذا وهذا فقط يمكنهم توفير مستقبل ضوء الشموع ".
ليس من المستغرب أنه في ظل هذا الضغط ، قام Yablochkov أخيرًا بإلقاء شموعه ، ولكن ، بالإضافة إلى "إعادة تأهيل" جزئية للتيار المتناوب ، تمكن من فتح "الوجه" الحقيقي لفائف التعريفي. كانت شموعه ، متصلة في سلسلة ، مزاجية للغاية. بمجرد مصباح واحد-إما السبب خرج ، خرج الجميع على الفور.
Yablochkov متصلة في سلسلة بدلا من "المصابيح" اللفات الأولية للملفات. في المرحلة الثانوية ، قام "بزرع" الشموع. لم يؤثر سلوك كل "مصباح" على الإطلاق في عمل الآخرين.
صحيح أن ملفات التعريفي لتصميم Yablochkov اختلفت (وليس للأفضل) عن فاراداي - لم يقترب قلبها من الحلقة. ولكن حقيقة أن لفائف التيار المتردد عملت بشكل مستمر ، وليس بشكل دوري (عندما تم تشغيل الدائرة أو إيقاف تشغيله) ، جلبت شهرة عالم المخترع الروسي.
بعد ست سنوات ، طور Usagin ، باحث الطب في جامعة ولاية ميشيغان (أو يلخص بالأحرى) فكرة Yablochkov. يوصل Usagin أجهزة كهربائية مختلفة (وليس فقط الشموع) إلى لفائف الإخراج من الملفات ، والتي سماها "المولدات الثانوية".
كانت ملفات Yablochkov و Usagin مختلفة بعض الشيء عن بعضها البعض. عند التحدث بلغة حديثة ، زاد محول Yablochkova من الجهد: في اللف الثانوي ، كان هناك الكثير من المنعطفات من الأسلاك الرفيعة أكثر من المحولات الأولية.
محول Usagin معزول: كان عدد الدورات في كلا الملفين هو نفسه (3000) ، وكذلك الفولتية المدخلات والمخرجات (500 فولت).
الجدول الزمني للتواريخ الهامة
بدأت ملفات التعريفي لـ Yablochkov و "المولدات الثانوية لـ Usagin" في اكتساب ميزات نعرفها اليوم بسرعة رائعة محولات.
1884 - أغلق الأخوة هوبكنسون النواة.
في السابق ، كان التدفق المغناطيسي يمر عبر قضيب فولاذي ، وجزئياً من القطب الشمالي إلى الجنوب - عبر الهواء. مقاومة الهواء أكبر بثمانية آلاف مرة من الحديد. للحصول على جهد ملحوظ على اللف الثانوي كان ممكنًا فقط للتيارات الكبيرة التي تمر بالعديد من المنعطفات. إذا تم تصنيع النواة في حلقة أو إطار ، فيتم تقليل المقاومة إلى الحد الأدنى.
محول من 1880s شركة الفرشاة الكهربائية الخفيفة
1885 - حصل المجري ديري على فكرة تشغيل المحولات بشكل متوازٍ. قبل ذلك ، استخدم الجميع اتصال تسلسلي.
1886 - هوبكنسون مرة أخرى. تعلموا كيفية حساب الدوائر المغناطيسية وفقا لقانون أوم. في البداية ، كان عليهم إثبات أن العمليات في الدوائر الكهربائية والمغناطيسية يمكن وصفها بواسطة صيغ مماثلة.
1889 - اقترح السويدي سوينبرن تبريد اللفات الأساسية والمحولات بالزيت المعدني ، والذي يلعب دور العزل في وقت واحد. اليوم ، تم تطوير فكرة سوينبرن: يتم خفض اللب المغناطيسي الصلب مع اللفات في خزان كبير ، يتم إغلاق الخزان بغطاء وبعد التجفيف والتدفئة والإخلاء وملء النيتروجين الخامل وغيرها من العمليات ، يتم صب الزيت فيه.
المحولات - أواخر القرن التاسع عشر - أوائل القرن العشرين (إنجلترا)
محول 4000 كيلو فولت أمبير (إنجلترا) - بداية القرن العشرين.
التيارات. ما يصل إلى 150 ألف هذه هي التيارات التي تغذي الأفران لصهر المعادن غير الحديدية. في الحوادث ، تصل الزيادات الحالية إلى 300-500 ألف. (تصل سعة المحول على الأفران الكبيرة إلى 180 ميجاوات ، والجهد الرئيسي هو 6-35 كيلو فولت ، وعلى الأفران عالية الطاقة حتى 110 كيلو فولت ، والثانوي 50-300 فولت ، وفي الأفران الحديثة حتى 1200 فولت).
الخسارة. يتم فقد جزء من الطاقة في اللفات ، جزءًا - لتسخين القلب (تيارات الدوامة في فقد الحديد والتخلف). التغير السريع في الكهربائية والمغناطيسية نأوله في الوقت المناسب (50 هرتز - 50 مرة في الثانية الواحدة) تجبر الجزيئات أو الشحنات المعزولة على توجيه نفسها بشكل مختلف: يتم امتصاص الطاقة عن طريق الزيت ، واسطوانات الباكليت ، والورق ، والكرتون ، إلخ. د.
مضخات ضخ النفط الساخن محول من خلال مشعات تأخذ بعض الطاقة.
ومع ذلك ، بشكل عام ، لا تكاد الخسائر تذكر: في واحد من أكبر تصاميم المحولات التي تبلغ 630 ألف كيلووات ، تتعطل 0.35٪ فقط من الطاقة. عدد قليل من الأجهزة يمكن أن تباهى. ن. د. أكثر من 99.65 ٪.
السلطة الكاملة. يتم "ربط" أكبر المحولات بالمولدات الأقوى ، لذلك تتزامن قوتها. يوجد اليوم 300 ، 500 ، 800 ألف كيلوواط من وحدات الطاقة ، وغداً سترتفع هذه الأرقام إلى 1-1.5 مليون ، أو حتى أكثر من ذلك.
أقوى محول. أقوى محول تم تصنيعه من قبل الشركة النمساوية "Elin" وهو مصمم لمحطة توليد الطاقة الحرارية في ولاية أوهايو. قوتها 975 ميغا فولت أمبير ، يجب أن تزيد من الجهد المولدات - 25 ألف فولت إلى 345 ألف فولت (العلوم والحياة ، 1989 ، رقم 1 ، ص 5).
تبلغ قدرة المحولات الثمانية أحادية الطور في العالم 1.5 مليون كيلو فولت أمبير. المحولات مملوكة لشركة Power Power Service الأمريكية. 5 منهم خفض الجهد من 765 إلى 345 كيلو فولت. ("العلوم والتكنولوجيا")
في عام 2007 ، قامت الشركة القابضة Elektrozavod (موسكو) بتصنيع المحول الأقوى الذي تم إنتاجه سابقًا في روسيا - TC-630000/330 بسعة 630 ميجا فولت أمبير بجهد 330 كيلو فولت ويزن حوالي 400 طن. تم تطوير محول الجيل الجديد لمرافق Rosenergoatom Concern.
محول منزلي ORTs-417000/750 بسعة 417 م.ف.أ للجهد 750 ك.ف.
تصميم. يتكون أي محول لأي غرض من خمسة مكونات: الدائرة المغناطيسية ، اللفات ، الخزان ، الغطاء والبطانات.
أهم التفاصيل - الدائرة المغناطيسية - تتكون من صفائح فولاذية ، يتم تغليف كل منها على كلا الجانبين بعزل - طبقة من الورنيش بسمك 0.005 مم.
أبعاد محولات محطة الطاقة Busheville الكندية على سبيل المثال (المصنعة من قبل شركة Siemens الألمانية الغربية) هي كما يلي: ارتفاع 10.5 م, القطر مستعرضة 30 - 40 م.
يبلغ وزن هذه المحولات 188 طنًا ، حيث يتم سكب المشعات والمتوسع والنفط عند نقلها ، ولا يزال يتعين على عمال السكك الحديدية حل مشكلة صعبة: 135 طنًا ليست مزحة! لكن هذا الحمل لم يعد مفاجأة لأي شخص: في محطة الطاقة النووية Obrichheim هناك مجموعة محولات بطاقة 300 ألف كيلوواط. يزن "المحول" الرئيسي 208 أطنان ، وضبط واحد - 101 طن.
لتوصيل هذه المجموعة إلى المكان ، كانت هناك حاجة إلى منصة سكة حديد بطول 40 مترًا! ليس الأمر أسهل بالنسبة لمهندسي الطاقة لدينا: بعد كل شيء ، تعد التصميمات التي يقومون بإنشائها من بين الأكبر في العالم.
محول 388 طن! (الولايات المتحدة الأمريكية)
العمل. يدوم المحول الكبير 94 يومًا من أصل 100. يبلغ متوسط الحمل حوالي 55-65٪ من المحسوبة. هذا تبذير كبير ، لكن لا يمكن فعل شيء: جهاز واحد سوف يفشل ، حرفه بسرعة كبيرة حرفيًا "يحترق في العمل". على سبيل المثال ، إذا كان الهيكل مثقلًا بنسبة 40٪ ، فسيتم عزل العزل خلال أسبوعين ، كما هو الحال في سنة الخدمة العادية.
بين الطلاب ، هناك منذ فترة طويلة أسطورة عن غريب الأطوار يجيب على السؤال "كيف يعمل المحول؟" أجاب "بحيلة": "Oooo ..." ولكن اليوم فقط سبب هذا الضجيج يصبح واضحا.
اتضح أنه ليس اهتزاز الألواح الفولاذية التي ترتبط ببعضها البعض بشكل سيء ، فغلي الزيت والتشوه المرن لللفات هما اللوم. يمكن اعتبار السبب تضيقًا مغنطيسيًا ، أي تغيير في حجم المادة أثناء التمغنط. كيفية التعامل مع هذه الظاهرة الفيزيائية لا تزال غير معروفة ، وبالتالي فإن خزان المحولات محاط بدروع عازلة للصوت.
قواعد "أصوات" المحولات صارمة للغاية: على مسافة 5 أمتار - لا يزيد عن 70 ديسيبل (مستوى الكلام بصوت عال ، ضوضاء السيارة) ، وعلى مسافة 500 متر ، حيث توجد المباني السكنية عادة ، حوالي 35 ديسيبل (خطوات ، موسيقى هادئة).
حتى هذا الاستعراض الموجز يسمح لنا باستخلاص استنتاجين مهمين. الميزة الرئيسية للمحول هي عدم وجود أجزاء متحركة. نتيجة لهذا ، يتم تحقيق k عالية. ن. دموثوقية ممتازة ، وسهولة الصيانة. أكبر عيب هو الوزن الهائل والأبعاد.
ولا يزال يتعين عليك زيادة الحجم: بعد كل شيء ، يجب أن تنمو قوة المحولات عدة مرات في العقود القادمة.
محول Mitsubishi Electric - 760 MVA - 345 كيلو فولت
ANTHEM الجمود
المحولات هي الآلات الأكثر بلا حراك التكنولوجيا. "هذا الحديد موثوق موثوق بها. .. "لذلك ، مؤكدا على بساطة التصميم والوزن الكبير ، ودعا الفرنسي جانفييه دعا المحولات.
ولكن هذا الجمود واضح: حيث تحيط اللفات بالتيارات ، وتتدفق التدفقات المغناطيسية على طول النواة الفولاذية. ومع ذلك ، فإن التحدث بجدية عن حركة الإلكترونات أمر محرج إلى حد ما. بالكاد تزحف الجزيئات المشحونة على طول الموصلات ، تتحرك في ساعة واحدة فقط نصف متر. بين لحظات الدخول والخروج من المجموعة "المسمى" من الإلكترونات ، يمر حوالي عام.
لماذا ، إذن ، الجهد في اللف الثانوي يحدث في وقت واحد تقريبا مع إدراج؟ ليس من الصعب الإجابة: لا يتم تحديد سرعة انتشار الكهرباء من خلال سرعة حركة الإلكترونات ، ولكن بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية المرتبطة بها. تتطور نبضات الطاقة من 100 إلى 200 ألف كم في الثانية.
المحول "لا يزعج" ، لكن هذا لا يتحدث بأي حال عن ميله "الداخلي" إلى الراحة. يؤدي تفاعل التيارات في الموصلات إلى ظهور قوى تميل إلى ضغط اللفات في الارتفاع ، وتحولها بالنسبة لبعضها البعض ، لزيادة قطر المنعطفات. من الضروري جلب اللفات بالضمادات والدعامات والأوتاد.
يشبه المحول قوى داخلية ، وهو يشبه عملاق مكبل يسعى إلى كسر سلاسل. في هذا الصراع ، يفوز الشخص دائمًا. لكن خلف السيارات المرغوبة تحتاج إلى عين وعين. يتم تثبيت ما يقرب من عشرة دروع إلكترونية ومرحل وغاز على كل هيكل ، والتي تراقب درجات الحرارة ، والتيارات ، والفولتية ، وضغط الغاز ، وفي أدنى عطل ، قم بإيقاف تشغيل الطاقة ، ومنع وقوع حادث.
نحن نعلم بالفعل: العيب الرئيسي في محولات اليوم هو عملاقهم. سبب ذلك واضح أيضًا: كل هذا يتوقف على خصائص المواد المستخدمة. لذا ، ربما ، إذا بحثت جيدًا ، فستكون هناك أفكار أخرى لتحويل الكهرباء ، إلى جانب الفكرة التي اقترحها فاراداي ذات مرة؟
لسوء الحظ (وربما لحسن الحظ - من يدري) ، لا توجد مثل هذه الأفكار حتى الآن ، ومن غير المرجح ظهورها. طالما أن التيار المتناوب يسود في قطاع الطاقة ولا تزال هناك حاجة لتغيير جهده ، فإن فكرة فاراداي هي أبعد من المنافسة.
منذ لا يمكن التخلي عن المحولات ، وربما سيكون من الممكن خفض عددهم؟
يمكنك "حفظ" على المحولات ، إذا قمت بتحسين نظام الإمداد الحالي. شبكة الكهرباء الحضرية الحديثة تشبه الدورة الدموية البشرية. من الكبل الرئيسي ، فروع "من خلال سلسلة من ردود الفعل" للمستهلكين المحليين. يتم تقليل الجهد تدريجياً بخطوات إلى 380 فولت ، وعلى جميع المستويات من الضروري تثبيت المحولات.
لقد طور خبراء اللغة الإنجليزية بالتفصيل خيارًا آخر أكثر ربحية. إنهم يقدمون الطاقة إلى لندن وفقًا لهذا المخطط: كبل من 275 ألف ، يدخل وسط المدينة. هنا ، يتم تصحيح التيار ، وينخفض الجهد "تلقائيًا" إلى 11 ألف فولت ، ويتم توفير التيار المباشر للمصانع والمناطق السكنية ، ويتم تحويله مرة أخرى إلى جهد متناوب ويقلل الجهد. تختفي عدة مستويات من الجهد ، وعدد أقل من المحولات والكابلات والأجهزة ذات الصلة.
تواتر التقلبات الحالية في بلدنا هو 50 هرتز. اتضح أنه إذا ذهبت إلى 200 هرتز ، سيتم تخفيض وزن المحول بمقدار النصف! هنا ، يبدو ، طريقة حقيقية لتحسين التصميم. ومع ذلك ، مع زيادة وتيرة التيار بمعامل 4 ، ستزداد مقاومات جميع عناصر نظام الطاقة والخسارة الكلية للطاقة والجهد في نفس الوقت. سيتغير وضع تشغيل الخط ، ولن تؤتي ثماره أي ثمار.
في اليابان ، على سبيل المثال ، يعمل جزء من نظام الطاقة بسرعة 50 هرتز ، والبعض الآخر يعمل بسرعة 60 هرتز. ما هو أسهل في جلب النظام إلى "قاسم" واحد؟ لكن لا: هذا لا يعوقه فقط الملكية الخاصة لمحطات الطاقة وخطوط الجهد العالي ، ولكن أيضًا بسبب التكلفة العالية للتعديلات القادمة.
محول ABB
يمكن تقليل حجم المحولات عن طريق استبدال المواد المغناطيسية والموصلة اليوم بخصائص جديدة أفضل بكثير. لقد تم القيام بشيء ما: على سبيل المثال ، تم تصميمه واختباره محولات فائقة التوصيل.
بطبيعة الحال ، يعمل التبريد على تعقيد التصميم ، لكن الكسب واضح: ترتفع الكثافة الحالية إلى 10 آلاف ، ومقابل الكود (1 أ) السابق لكل مليمتر مربع من المقطع العرضي للسلك. ومع ذلك ، فإن عددًا قليلاً فقط من المتحمسين يخاطرون بالمراهنة على المحولات ذات درجة الحرارة المنخفضة ، لأن الفائدة على اللف يتم تحييدها تمامًا بسبب القدرات المحدودة للدائرة المغناطيسية الفولاذية.
ولكن في الأعوام الأخيرة ، كان هناك مخرج: إما لربط الملفات الأولية والثانوية بدون وسيط - الفولاذ ، أو لإيجاد مواد أفضل من الحديد في الخواص المغناطيسية. الطريقة الأولى واعدة للغاية ، وقد تم بالفعل اختبار هذه المحولات "الجوية". يتم لف اللفات في صندوق مصنوع من موصل فائق - "مرآة" مثالية للحقل المغناطيسي.
لا يسمح المربع للخارج ولا يسمح له بالانتشار في الفضاء. ولكن قلنا بالفعل: المقاومة المغناطيسية للهواء كبيرة جدا. سوف تضطر إلى تصفية العديد من المنعطفات "الأولية" وتطبيق تيارات عالية جدًا عليها للحصول على "ثانوية" ملحوظة.
طريقة أخرى - المغناطيس الجديد - تعد أيضًا بالكثير. اتضح أنه في درجات حرارة منخفضة للغاية يصبح الهولميوم ، الإربيوم ، الديسبروسيوم مغناطيسيًا ، وحقول التشبع أكبر بعدة مرات من الحديد (!). ولكن ، أولاً ، تنتمي هذه المعادن إلى مجموعة الأرض النادرة ، وبالتالي فهي نادرة ومكلفة ، وثانيًا ، فإن خسائر التباطؤ فيها ، في جميع الأحوال ، ستكون أعلى بكثير من الحديد.
ف. ستيبانوف
وفقًا لمواد مجلة "تكنولوجيا الشباب"
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: