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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Transformador. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Transformador: un dispositivo electromagnético estático que tiene dos o más devanados acoplados inductivamente en cualquier circuito magnético y diseñado para convertir uno o más sistemas (voltajes) de corriente alterna en uno o más otros sistemas (voltajes) por medio de inducción electromagnética, sin cambiar la frecuencia. . El transformador realiza conversión de tensión alterna y/o aislamiento galvánico en una amplia variedad de aplicaciones: energía eléctrica, electrónica e ingeniería de radio. Estructuralmente, un transformador puede consistir en uno (autotransformador) o varios devanados de cable o cinta aislados (bobinas) cubiertos por un flujo magnético común, enrollados, por regla general, en un circuito magnético (núcleo) hecho de material magnético blando ferromagnético.
La esencia física del fenómeno de la transformación actual ya ha sido reportada en el capítulo sobre el teléfono. Sin embargo, es necesario decir algunas palabras más sobre la invención de este notable dispositivo, que hizo posible resolver muchos problemas grandes y pequeños de ingeniería eléctrica. Es bastante lógico afirmar que el primer transformador apareció simultáneamente con el descubrimiento del fenómeno de la inducción electromagnética. Uno de los experimentos de Faraday fue que dejó pasar la corriente de la batería a través de los devanados de la bobina. En este caso, surgió una corriente en los devanados de la segunda bobina, que estaba cerca, pero de ninguna manera estaba conectada con la primera. El paso instantáneo de corriente fue registrado por un galvanómetro. El mismo Faraday, sin embargo, nunca usó este efecto para convertir voltaje.
En 1848, Rumkorff fue el primero en llamar la atención de los físicos sobre la asombrosa capacidad de un transformador para crear corrientes de muy alto voltaje. Pero pasaron varios años más antes de que lograra crear un modelo funcional de este dispositivo. Como resultado, en 1852 apareció la famosa bobina de inducción de Ruhmkorff, que jugó un papel muy importante en la historia de la tecnología. En la fabricación de este primer transformador, el inventor tuvo que superar considerables dificultades. Para aumentar el número de vueltas en el devanado de la bobina secundaria, Ruhmkorff tuvo que usar un cable muy delgado y, al mismo tiempo, vigilar cuidadosamente que el alto voltaje no rompiera su aislamiento. Habiendo comprado varios kilómetros de alambre tan delgado como un cabello, lo aisló cuidadosamente y luego enrolló cuidadosamente bobina por bobina en la bobina. Con la ayuda de su bobina, Ruhmkorff podía generar oscilaciones de muy alto voltaje. La corriente continua no se puede transformar. Para convertir la corriente continua de la batería en corriente alterna, Ruhmkorff encendió un interruptor en serie con la bobina primaria, que periódicamente cerraba y abría la corriente del circuito primario (generalmente a una frecuencia de varias decenas a varios cientos de veces por semana). segundo). Cuando se cerró la corriente primaria de la batería, se indujo un voltaje en el devanado secundario, que era más alto que el primario en la misma proporción que el número de vueltas en los devanados primario y secundario. Cuando se abrió la corriente primaria, se indujo un voltaje aún mayor en la secundaria. Su valor era tanto mayor cuanto más rápida era la apertura de la corriente. Se utilizó una placa de resorte como interruptor, que fue atraída por el núcleo de la bobina y abrió el circuito. La frecuencia de las interrupciones dependía de la masa y elasticidad del resorte, del número de vueltas en el devanado primario y del voltaje de la batería.
Durante varias décadas, los transformadores casi no se utilizaron en tecnología y tenían aplicaciones exclusivamente científicas. No fue hasta finales de la década de 70 que las bobinas de inducción comenzaron a usarse ampliamente en aparatos telefónicos y en iluminación eléctrica. El hecho es que después de la difusión de la vela de Yablochkov en Europa, los ingenieros eléctricos se enfrentaron al llamado problema de la energía eléctrica "aplastante". Ella era la siguiente. Como regla general, muchas bombillas debían ser alimentadas por un grupo electrógeno. Mientras tanto, cuando se conectaron muchas velas en serie, el modo de funcionamiento de la red se volvió inestable. La extinción de una sola vela equivalía a romper la red, tras lo cual se apagaban el resto de las velas. Si las velas estuvieran conectadas en paralelo al circuito, generalmente solo se encendería la que tuviera la menor resistencia (porque la corriente, como saben, siempre fluye a lo largo de la línea de menor resistencia). Cuando esta vela se apagó por completo, se encendió la siguiente, cuya resistencia era menor, y así sucesivamente. Ante este problema, Yablochkov sugirió utilizar bobinas de inducción para "aplastar" la energía. Con esta conexión, los devanados primarios de las bobinas se conectaban en serie y en el devanado secundario se podían incluir una, dos, tres o más velas, según sus parámetros. Las bobinas trabajaron al mismo tiempo en el modo transformador, dando el voltaje requerido en la salida. Cuando la lámpara se apagó, el circuito no se interrumpió, por lo que las velas individuales continuaron ardiendo. Con el desarrollo de la tecnología de corriente alterna, los transformadores se han vuelto importantes. En 1882, Golyar y Gibbs obtuvieron una patente para un transformador, que se utilizó no solo para "aplastar" la energía, sino también para convertir el voltaje.
Varias bobinas de inducción verticales se fijaron en un soporte de madera, cuyos devanados primarios se conectaron en serie. Los devanados secundarios se dividieron en secciones, y cada sección tenía un par de terminales para conectar receptores de corriente, que actuaban de forma independiente entre sí. La resistencia en el circuito primario (y, en consecuencia, la intensidad de la corriente) podría ajustarse moviendo los núcleos dentro de las bobinas. Los núcleos de los devanados primario y secundario no estaban interconectados, por lo que estos transformadores tenían un sistema magnético abierto. Sin embargo, pronto se notó que si las bobinas secundaria y primaria se colocan en un solo núcleo, el transformador funcionará mucho mejor: se reducirán las pérdidas de energía y aumentará la eficiencia. El primer transformador de este tipo con un sistema magnético cerrado fue creado en 1884 por los inventores ingleses, los hermanos Johns y Edward Hopkinson.
El núcleo de este transformador estaba hecho de tiras o alambres de acero separados por material aislante, lo que reducía las pérdidas de energía debido a las corrientes de Foucault. En este núcleo se colocaron alternativamente bobinas de mayor y menor voltaje. En 1885, el ingeniero eléctrico húngaro Dery demostró que los transformadores deben conectarse en paralelo en un circuito y obtuvo una patente para este método de conexión. Solo después de eso comenzó la producción industrial de transformadores de CA monofásicos. Dado que los transformadores potentes experimentaron un sobrecalentamiento significativo durante su funcionamiento, se desarrolló un sistema de enfriamiento de aceite (se colocó un recipiente de cerámica con aceite dentro del transformador). Los transformadores también han demostrado ser extremadamente útiles en un sistema trifásico. En general, el sistema de corriente trifásica no habría recibido un uso tan generalizado en los primeros años de su existencia si no hubiera resuelto los problemas de transmisión de energía a largas distancias. Pero tal transmisión, como se verá más adelante, sólo es ventajosa a alta tensión, la cual, en el caso de la corriente alterna, se obtiene por medio de un transformador. El sistema trifásico no presentó dificultades fundamentales para la transformación de energía, pero requirió tres transformadores monofásicos en lugar de uno con un sistema monofásico. Tal aumento en el número de dispositivos bastante caros no podía sino despertar el deseo de encontrar una solución más satisfactoria. En 1889, Dolivo-Dobrovolsky inventó un transformador trifásico con una disposición radial de núcleos. En este caso, los devanados de alta y baja tensión de cada fase estaban ubicados en los núcleos radiales correspondientes, y el flujo magnético estaba en la capa exterior (exterior del yugo). Luego, Dolivo-Dobrovolsky descubrió que era más fácil colocar las varillas con devanados en paralelo y conectar los extremos de las varillas (núcleos) con el mismo yugo. Entonces todo el sistema resultó ser más compacto. Este tipo de transformador se llama "prismático".
Finalmente, en octubre de 1891, Dolivo-Dobrovolsky sacó una patente para un transformador trifásico con barras paralelas ubicadas en el mismo plano. Su diseño resultó ser tan exitoso que ha sobrevivido hasta el día de hoy sin cambios fundamentales. Autor: Ryzhov K.V.
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