变压器发明简史要点.pdf
《变压器发明简史要点.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《变压器发明简史要点.pdf(19页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、变压器发明简史 变压器是根据电磁感应定律, 将交流电变换为同频率、 不同电压交流电的非 旋转式电机 因此,变压器是随着电磁感应现象的发现而诞生,经过许多科学家 1 变压器的雏形感应线圈 1888年,英国著名物理学家弗来明(J.A.Fleming,1849-1945)在他的名著 The Alternating Current Transformers ( 交流变压器 ) 中开宗明义地说:“At the head of this long line of illustrious investigators stand the pre-eminent names of Faraday and Hen
2、ry. On the foundation-stons of truth laid done by them all subsequent builders have been content to rest”(在 一大批研究变压器的杰出人士中,领头的是巨人法拉第和亨利, 他们奠定了真理 的基石,而所有后来者则致力于大厦的完成) 所以,追溯变压器的发明史,还得从法拉第和亨利说起 1831年 8月 29 日,法拉第采用图 1 所示的实验装置进行磁生电的实验图 1 中,圆环用 7/8 英寸的铁棍制成, 圆环外径 6 英寸;A是三段各 24 英尺长铜线 绕成的线圈 ( 三段间可根据需要串联 );B是
3、 50 英尺铜线绕成的 2 个线圈 (2 个线 圈可以串联 ) ;1 为电池; 2 为开关; 3 为检流器实验时,当合上开关2 后,法 拉第发现检流器 3 摆动,即线圈 B和检流器 3 中有电流流过 也就是说, 法拉第 通过这个实验发现了电磁感应现象法拉第进行这个实验的装置( 法拉第感应线 圈,图 2)实际上是世界上第一只变压器雏形,以后法拉第又作了数次实验,同 年 10 月 28 日还制成了第一台圆盘式直流发电机同年 11月 24 日,法拉第向英 国皇家学会报告了他的实验及其发现,从而使法拉第被公认为电磁感应现象的发 现者,他也顺理成章地成为变压器的发明人 图 1 法拉第实验装置原理图 (1
4、831 年 8月 29 日) 但实际上最早发明变压器的是美国著名科学家亨利1830年 8 月,时为纽 约奥尔巴尼 (Albang) 学院教授的亨利利用学院假期, 采用图 3 所示的实验装置进 行磁生电实验当他合上开关K,发现检流计 P的指针摆动;打开开关K,又发 现检流计 P的指针向相反方向摆动实验中,当打开开关K时,亨利还在线圈B 的两端间观察到了火花亨利还发现,改变线圈A和 B的匝数,可以将大 (Intensity)电流变为小 (Quantity)电流,也可将小电流变为大电流实际上, 亨利这个实验是电磁感应现象的非常直观的关键性实验,亨利这个实验装置也实 际上是一台变压器的雏形 但是,亨利
5、做事谨慎, 他没有急于发表他的实验成果, 他还想再做一些实验 然而假期已过, 他只得将这件事搁置一旁 后来他又进行 了多次实验,直到1832 年才将实验论文发表在美国科学和艺术杂志第7 期 上但是,在此以前,法拉第 图 2 法拉第感应线圈 图 3 亨利实验装置原理图 (1830 年 8 月) 首先公布了他的电磁感应实验, 介绍了他的实验装置, 因此电磁感应现象的 发明权只能归法拉第, 变压器的发明权也非法拉第莫属了亨利虽然非常遗憾地 与电磁感应现象的发现权和变压器的发明权擦肩而过,但他在电学上的贡献、 对 变压器发明的贡献则是有目共睹的特别值得一提的是, 亨利实验装置比法拉第 从现代变压器原理
6、来看, 法拉第感应线圈是一只单心闭合磁路双绕组式变压 器由于当时没有交流电源, 所以它是一种原始的脉冲变压器,而亨利变压器则 是一种原始的双心开路磁路双绕组式脉冲变压器 1835年,美国物理学家佩奇 (C.J.Page,1812 1868)制成图 4 所示的感应线 圈,该线圈是世界上第一只自耦变压器,利用自动锤的振动使水银接通或断开电 路在副边线圈感生的电动势能使一个真空管的电火花达4.5 英寸长 图 4 佩奇感应线圈原理图 1837年,英国牧师卡兰 (N.J.Callan)将佩奇变压器分成无电气连接的两部 分(图 5),当打开开关 M 、断开线圈 A的电路时,则线圈B的两端间 S将会产生 火
7、花 图 5 卡兰感应线圈原理图 与法拉第、亨利的变压器一样, 佩奇和卡兰变压器都是利用断续直流工作的 设备,只能用于实验观察,都无实际应用价值 德国技师鲁姆科尔夫 (H.D.Ruhmkorff,1803 1877)在变压器发明史上是一 个贡献较大的人他生于德国,后到巴黎定居,并自设精密机械制造工场鲁姆 科尔夫在理论上并无建树, 但他善于研究他人的建议, 并利用他心灵手巧的特长 付诸实践,制造了一些优良的感应线圈1842年,在 Masson和 Brequet 的指导 下,他开始对卡兰变压器进行研究1850年制成第一只感应线圈 (Inductorium)1851年,他提出第一个感应火花线圈( 变压
8、器 ) 的专利,鲁姆科 尔夫感应线圈如图6、图 7 所示铁心用软铁丝制成,原边线圈包绕在铁心上, 副边线圈则包绕在原边线圈上 原边线圈由蓄电池供电, 并通过一个磁化铁心机 构反复开、 合水银开关, 使原边线圈中通以脉动直流电反复改变方向副边线圈 中则感应一个交变电流 与以前的感应线圈相比, 鲁姆科尔夫感应线圈有较大的 改进首先副边线圈的绝缘更加可靠,线圈用涂漆铜线绕成, 线圈层间用纸或漆 稠绝缘,副边线圈与原边线圈则用一只玻璃管隔开;其次,鲁姆科尔夫采用 E.English和 C.Bright的发明,将副边线圈分成几段,各段间彼此分开,然后 串在一起这样可使电位差最大的点( 出线端 SS)之间
9、的距离最远后来,鲁 姆科尔夫对该线圈进行了改进, 如将以前采用的水银开关改为酒精开关,不但可 消除开关火花, 而且可防止氧化; 此外,他还在原边线圈接入电容器以提高感应 电压鲁姆科尔夫线圈由于功率较大,不但可用作实验,而且还可用于放电治 疗因此可以说,鲁姆科尔夫感应线圈是第一个有实用价值的变压器 图 6 图 7 鲁姆科尔夫感应线圈 (1850 年) 图 8 鲁姆科尔夫感应线圈及复原图 为了获得更大的火花, 1856年,英国电工技师瓦里 (C.F.Varley,18281883) 也对卡兰变压器作了改进(图 9、图 10),他采用一只双刀双掷开关来回改变电流 方向,使线圈 A中的电流交替改变方向
10、, 从而线圈 B中感应出一个交变电流, 因 此可以说,瓦里感应线圈是交流变压器的始祖 图 9 瓦里感应线圈原理图 图 10 瓦里感应线圈 (1856 年) 1862年,莫里斯 (Morris)、魏尔(Weave)和蒙克顿 (Moncktom)取得一个将感 应线圈用于交流电的专利权 1868年,英国物理学家格罗夫 (W.R.Grove,1811 1896)采用图 9 所示的装 置将交流电源 V 与线圈 A相连,在线圈 B中得到一个电压不同的交流电流因此 格罗夫感应线圈实际上是世界上第一只交流变压器 图 11 格罗夫感应线圈原理图 (1868 年) 继格罗夫之后,许多人对感应线圈进行了研究, 提出
11、了一些改进建议 例如, 美国人富勒 (J.B.Fuller)在 19 世纪 70 年代初对感应线圈进行了理论研究, 提出 感应线圈应采用闭合铁心, 原边线圈采用并联而不是当时大多数感应线圈所采用 的串联但是他的想法生前只向他的上司谈过,直到他死后不久, 人们发现他的 手稿 1879年 2 月,人们将他的手稿整理发表,他关于感应线圈的设想才得以 公诸于世 1876年,俄国物理学家雅勃洛奇科夫( . . ,1847 1894)发明“电烛”,采用一只两个绕组的感应线圈,原边与交流电源相连,为 高压侧,副边低压侧的交流电向“电烛”供电这只感应线圈实际上是一台不闭 合磁芯的单相变压器 1882年,俄国工
12、程师 . . 乌萨金在莫斯科首次展出了有升压、降压感应 线圈的高压变电装置 2 高兰德 19 世纪 80年代后,交流电进入人类社会生活,变压器的原理也为许多人所 了解,人们自然而然想到将变压器用于实际交流电路中在这方面迈出第一步并 做出重大贡献的是法国人高兰德(L.Gauland,1850 1888)和英国人吉布斯 (J.D.Gibbs)1882年 9 月 13 日,它们在英国申请了第一个感应线圈及其供电 系统的专利 ( .4362) ,他们称这种感应线圈为“Secondary generator”( 二次 发电机 ) 图 12 为高兰德吉布斯二次发电机原理图,原边线圈数与副边线圈数 之比为
13、11,原边线圈串联,而副边线圈均分为数段,分别与电灯1 相连高 兰德吉布斯二次发电机(变压器 ) 是一种开路铁心变压器, 它通过推进、 拉出铁 心来控制电压,原边线圈他们仍坚持采用串联(虽然麦克斯韦在 1865 年就证明, 原边线圈如果采用串联,副边电压就不能单独控制) 图 12 高兰德吉布斯二次发电机原理图 1电灯 2 开关 3 交流电源 1882年 10月 7 日,他们制成了第一台3000V/100V的二次发电机, 1983 年 又制成一台容量约5kVA的二次发电机在伦敦郊外一个小型电工展览会上展出表 演当年,他们为伦敦市区铁路提供了几台小型变压器(图 13)1884 年,他们 在意大利都
14、灵技术博览会上展出了 图 13 高兰德吉布斯二次发电机(1883 年) 他们的变压器, 并表演了交流远距离输电 采用开磁路变压器串联交流输电 系统,将 30kW 、133Hz的交流电输送到 40km远处当年他们还售出了几台类似 的变压器,其中图 14 为售给意大利物理学家费拉里斯(G.Ferraris,18471897) 的实验用变压器该变压器铁心为铁丝组成的开路铁心,原边线圈由0.25mm厚 铜片绕成的 445 个环( 匝) 组成,但它们在高度方向 图 14 高兰德吉布斯二次发电机(1884 年) 分成 4 段,通过正前方的塞子将副边线圈的4 段串联或并路, 从而改变副边 的输出电压图 15
15、 为另一种高兰德吉布斯二次发电机,这台二次发电机可以 图 15 高兰德吉布斯二次发电机 1884年 3月 4 日,高兰德和吉布斯在美国申请第一个有关开路铁心变压器 的专利 ( .297924) “产生和利用二次电流的装置”( 图 16); 1885年,高兰德和吉布斯受岗茨工厂变压器的启发,研究采用闭路铁心结 构的变压器 1886年 3 月 6 日,他们在美国申请有关闭合磁路变压器的专利 ( .351589) 图 17为 1886年制造的闭路铁心式高兰德吉布斯二次发电机 图 16 高兰德吉布斯在美国申请的第一个变压器专利(.297924) 的附图 图 17 高兰德吉布斯闭路铁心式二次发电机(18
16、86 年) 3 齐伯诺夫斯基德里布拉什(Z-D-B) 变压器 高兰德吉布斯二次发电机(变压器 ) 虽然开辟了变压器的实际应用领域, 但 早期这种变压器存在某些先天不足,如开路铁心、 原边线圈串联等 首先对此质 疑和作出改进的是匈牙利岗茨工厂(Ganz)的三个年轻工程师布拉什 (O.T.Blathy,18601939)、齐伯诺夫斯基 (C.Zipernowsky, 18531942)和德里 (M.Deri,1854 1938) 布拉什 1883 年进入岗茨工厂,长期担任技术负责人他一生发明颇丰,曾 获得 100 多项专利权,包括变压器、电压调整器、汽轮发电机等布拉什是首次 研究交流发电机并联运行
17、人之一,他还发明了许多电机设计程序和设计计算方 法另外,他在 1885 年首先引入单词“ Transformer ”( 变压器 ) ,这一简明传神 的术语很快为人们所认同和接受,迅速取代以往采用的“感应线圈”、“二次发 电机”等术语,一直沿用至今 齐伯诺夫斯基是 1878 年成立的岗茨工厂电气部的奠基人之一1893 年,他 提任匈牙利布达佩斯技术大学的电气教授他一生取得40 多项专利权,曾任匈 牙利电工学会主席30 年 德里 1882 年加入岗茨工厂,他长期在销售部工作,但对电机和变压器颇有 研究他曾设计复激交流发电机, 还发明了以他名字命名的双电刷推斥式电动机 德里电动机 1884年,意大利
18、都灵技术博览会召开,布拉什和岗茨工厂一批技术人员参 观了该博览会, 见到了会上展出的高兰德吉布斯二次发电机布拉什当时敏锐 地觉察到这种二次发电机有很大发展前途,注意到这种变压器的优点及不足之 处在博览会上,布拉什曾问高兰德: “为什么你们的二次发电机不采用闭路铁 心?”高兰德不假思索地回答:“采用闭路铁心非常危险,而且很不经济” 1884年 7月,布拉什从都灵回到布达佩斯后,立即将都灵博览会上的所见 所闻告诉了齐伯诺夫斯基和达里,他们决定立即进行变压器的改进实验布拉什 建议采用闭路铁心, 齐伯诺夫斯基建议将原边线圈串联改为并联,并和德里一道 进行研究实验 1884年 8 月 7 日,他们在岗茨
19、工厂实验杂志上介绍了有关闭合 磁路铁心的变压器 (图 18) 图 18 Z-D-B 变压器示意图 1884年冬,德里在维也纳贸易联合会展示了他们的发明1885年 1 月 2 日, 齐伯诺夫斯基和德里在奥地利申请第一个有关并联运行变压器的专利 ( .37/101) ,图 19 为该专利中的附图 同年 2 月 2 日他们三人在奥地利和德国 申请第二个变压器专利 ( 奥地利专利 .35/2446 ,德国专利 .40414) 图 19 奥地利专利 .37/101 的附图 1884年 9月 16 日,岗茨工厂制成的第一台变压器(1400W ,f=Hz,120/72V , 变比 1.67) ,它是一台单相
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 变压器 发明 简史 要点
链接地址:https://www.31doc.com/p-5207192.html