Техника - молодёжи 1969-12, страница 10

Майкл Фарадей.

было гораздо больше витков из тонкого провода, чем в первичной. Трансформатор Усагина разделительный: число витков в обеих обмотках было одинаковым (3000), так же как и напряжения на входе и выходе (500 в).

КАЛЕНДАРЬ ЗНАМЕНАТЕЛЬНЫХ ДАТ

Индукционные катушки Яблочкова и «вторичные генераторы» Усагина стали со сказочной быстротой приобретать черты известных нам сегодня трансформаторов.

1884 год — братья Гопкинсоны замкнули сердечник. Прежде магнитный поток шел по стальному пруту, а частично — из северного полюса в южный — по воздуху. Сопротивление воздуха в 8 тыс. раз больше, чем у железа. Получить заметное напряжение на вторичной обмотке было под силу только большим токам, проходящим по многим виткам. Если сердечник сделать кольцом или рамкой, то сопротивление снижается до минимума.

1885 год — венгру Дери пришла в голову мысль включить трансформаторы параллельно. До этого все использовали последовательное соединение.

1886 год — вновь братья Гопкинсоны. Они научились рассчитывать магнитные цепи по закону Ома. Поначалу им пришлось доказать, что процессы в электрических и магнитных цепях можно описывать похожими формулами.

1889 год — швед Свинберн предложил охлаждать сердечник и обмотки трансформатора минеральным маслом, которое одновременно играет роль изоляции. Сегодня идею Свинберна развили: в большой бак опускают стальной магнитопровод с обмотками, бак закрывают крышкой и после сушки, нагрева, вакуу-мирования, заполнения инертным азотом и других операций заливают в него масло.

«ЭТИ НАДЕЖНЫЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ КОЛОДЫ...»

Так, подчеркивая простоту конструкции и большой вес, назвал трансформаторы француз Жанвье, «Анкета» сегодняшнего трансформа тора выглядит следующим образом Напряжение. До 750 тыс. в А при ударах молнии или переклю чениях в обмотках возникает напря жение до 2500 тыс. в!

Токи. Вплоть до 150 тыс. а. Именно такими токами питаются печи для плавки цветных металлов. При авариях всплески тока достигают 300— 500 тыс. а.

Потери. Часть энергии теряется в обмотках, часть — на нагревание сердечника (вихревые токи р железе и потери на гистерезис). Быстрое изменение электрических и магнитных полей во времени (в СССР — 50 раз в секунду) заставляет по-разному ориентироваться молекулы или заряды в изоляции: энергия поглощается маслом, бакелитовыми цилиндрами, бумагой, картоном и т. д. Некоторую мощность забирают насосы для прокачки трансформаторного горячего масла через радиаторы. И все-таки в целом потери ничтожны: в одной из самых крупных советских конструкций на 630 тыс. квт «застревает» всего лишь 0,35% мощности. Мало какие устройства могут похвастать к. п. д. больше 99,65%.

Полная мощность. Самые крупные трансформаторы «прикрепляются» к самым мощным генераторам, поэтому их мощности совпадают Сегодня есть энергоблоки на 300, 500, 800 тыс. квт, завтра эти цифры возрастут до 1 —1,5 млн., а то и больше.

Конструкция. Любой трансформатор любого назначения состоит из пяти компонентов: магнитопровода, обмоток, бака, крышки и вводов. Самая важная деталь — магнитопровод — набирается из стальных листов, каждый из которых покрыт с обеих сторон Изоляцией — слоем лака толщиной 0,005 мм.

Габариты, например, трансформаторов канадской электростанции Бушервиль (изготовленных западногерманской фирмой «Сименс») таковы: высота 10,5 м; диаметр по сечению 30—40 м.

Вес этих же Трансформаторов — 188 т. При перевозке с них снимают радиаторы, расширители и выливают масло, и все равно железнодорожникам приходится решать сложную задачу: 135 т — не шутка! Но подобный груз уже никого не удивляет: на атомной электростанции Обрихэйм стоит трансформаторная группа мощностью 300 тыс. квт. Главный «преобразователь» весит 208 т, регулировочный — 101 т. Для доставки этой группы на место потребовалась 40-метровая железнодорожная платформа! Нашим энергетикам отнюдь не легче: ведь создаваемые ими конструкции — одни из самых крупных в мире. Достаточно сказать, что так называемые малогабаритные трансформаторы, выпускаемые Запорожским заводом, весят 200—300 т.

-РАДИАТОР

вДИ09А5НМИ ТРДИС90Р/ИАТОР

Работа. Крупный трансформатор действует 94 дня из 100. Средняя загрузка — около 55—65% от расчетной. Это очень расточительно, но ничего не поделаешь: выйдет из строя одно устройство, его дублер довольно быстро буквально «сгорит на работе». Если, например, конструкцию перегрузить на 40%, то за две недели ее изоляция износится, как за год нормальной службы.

Среди студентов давно бытует легенда о чудаке, который на вопрос «Как работает трансформатор?» «находчиво» ответил: «Уууу...» Но только сегодня становится ясной причина этого шума.

Оказывается, виноваты не вибрация стальных пластин, плохо скрепленных между собой, не кипение масла и не упругая деформация обмоток. Причиной можно считать маг-нитострикцию, то есть изменение размеров материала при намагничивании. Как бороться с этим физическим явлением, пока неизвестно, поэтому бак трансформатора облицовывают звукоизолирующими щитами. Нормы на «голоса» трансформаторов довольно жесткие: на расстоянии 5 м — не более 70 децибел (уровень громкой речи, шума автомобиля), а на расстоянии 500 м, где обычно стоят жилые дома, около 35 децибел (шаги, тихая музыка).

Даже столь краткий обзор позволяет нам сделать два важных вывода. Основное достоинство трансформатора — отсутствие движущихся частей. За счет этого достигаются высокий к. п. д., отличная надежность, простота обслуживания. Самым главным недостатком можно считать огромный вес и габариты. А увеличивать размеры все-таки придется: ведь мощности трансформаторов должны вырасти в ближайшие десятилетия в несколько раз.

ГИМН НЕПОДВИЖНОСТИ

Трансформаторы — самые неподвижные машины техники. От их мощных конструкций веет силой и

м

0ан0<м*нци

стержневой

ТРЕХФАЗНЫЙ стержневой

р ы :

ОЛНОЯМЗИНЙ ЕРОНЕРОЙ

0м10тки высокого напряжения

-сердечник

обмотки низкого напряжения

6