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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Transformador. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Transformador - um dispositivo eletromagnético estático com dois ou mais enrolamentos acoplados indutivamente em qualquer circuito magnético e projetado para converter um ou mais sistemas (tensões) de corrente alternada em um ou mais outros sistemas (tensões) por meio de indução eletromagnética, sem alterar a frequência . O transformador realiza conversão de tensão alternada e/ou isolação galvânica em uma ampla variedade de aplicações - energia elétrica, eletrônica e engenharia de rádio. Estruturalmente, o transformador pode consistir em um (autotransformador) ou vários enrolamentos de fio ou fita (bobinas) isolados cobertos por um fluxo magnético comum, enrolados, em regra, em um circuito magnético (núcleo) feito de um material magnético macio ferromagnético.
A essência física do fenômeno da transformação atual já foi relatada no capítulo sobre o telefone. É necessário, no entanto, dizer mais algumas palavras sobre a invenção deste notável dispositivo, que possibilitou resolver muitos grandes e pequenos problemas da engenharia elétrica. É bastante lógico afirmar que o primeiro transformador surgiu simultaneamente com a descoberta do fenômeno da indução eletromagnética. Um dos experimentos de Faraday foi que ele deixou a corrente da bateria passar pelos enrolamentos da bobina. Nesse caso, surgiu uma corrente nos enrolamentos da segunda bobina, que estava próxima, mas não estava conectada à primeira. A passagem instantânea da corrente foi registrada por um galvanômetro. O próprio Faraday, no entanto, nunca usou esse efeito para converter a tensão.
Em 1848, Rumkorff foi o primeiro a chamar a atenção dos físicos para a incrível capacidade de um transformador de criar correntes de alta tensão. Mas vários anos se passaram antes que ele conseguisse criar um modelo funcional desse dispositivo. Como resultado, em 1852, apareceu a famosa bobina de indução de Ruhmkorff, que desempenhou um papel importante na história da tecnologia. Na fabricação deste primeiro transformador, o inventor teve que superar dificuldades consideráveis. Para aumentar o número de voltas no enrolamento da bobina secundária, Ruhmkorff teve que usar um fio muito fino e, ao mesmo tempo, observar cuidadosamente que a alta tensão não rompesse seu isolamento. Tendo comprado vários quilômetros de fio fino como um fio de cabelo, isolou-o cuidadosamente e depois enrolou cuidadosamente bobina por bobina na bobina. Com a ajuda de sua bobina, Ruhmkorf poderia gerar oscilações de tensão muito alta. A corrente contínua não pode ser transformada. Para transformar a corrente contínua da bateria em corrente alternada, Ruhmkorf ligou um disjuntor em série com a bobina primária, que periodicamente fechava e abria a corrente do circuito primário (geralmente com uma frequência de várias dezenas a várias centenas de vezes por segundo). Quando a corrente primária foi fechada da bateria, foi induzida uma tensão no enrolamento secundário, que foi maior que a primária na mesma proporção do número de espiras nos enrolamentos secundário e primário. Quando a corrente primária foi aberta, uma tensão ainda maior foi induzida no secundário. Seu valor era tanto maior quanto mais rápida fosse a abertura da corrente. Uma placa de mola foi usada como interruptor, que foi atraída pelo núcleo da bobina e abriu o circuito. A frequência das interrupções dependia da massa e elasticidade da mola, do número de voltas no enrolamento primário e da tensão da bateria.
Por várias décadas, os transformadores quase não eram usados em tecnologia e tinham aplicações exclusivamente científicas. Foi somente no final da década de 70 que as bobinas de indução começaram a ser amplamente utilizadas em aparelhos telefônicos e em iluminação elétrica. O fato é que após a propagação da vela Yablochkov na Europa, os engenheiros elétricos enfrentaram o chamado problema de "esmagamento" da energia elétrica. Ela foi a seguinte. Como regra, muitas lâmpadas deveriam ser alimentadas por um grupo gerador. Enquanto isso, quando muitas velas eram conectadas em série, o modo de operação da rede se tornava instável. A extinção de apenas uma vela equivalia a quebrar a rede, após o que as demais velas se apagavam. Se as velas estivessem conectadas em paralelo ao circuito, geralmente apenas aquela com menor resistência acenderia (porque a corrente, como você sabe, sempre flui ao longo da linha de menor resistência). Quando esta vela se apagou completamente, a próxima, cuja resistência era a menor, acendeu e assim por diante. Diante desse problema, Yablochkov sugeriu o uso de bobinas de indução para "esmagar" a energia. Com esta conexão, os enrolamentos primários das bobinas eram ligados em série, podendo-se incluir uma, duas, três ou mais velas no enrolamento secundário, dependendo de seus parâmetros. As bobinas trabalhavam ao mesmo tempo no modo transformador, fornecendo a tensão necessária na saída. Quando a lâmpada se apagou, o circuito não foi interrompido, de modo que as velas individuais continuaram a queimar. Com o desenvolvimento da tecnologia de corrente alternada, os transformadores se tornaram importantes. Em 1882, Golyar e Gibbs obtiveram uma patente para um transformador, que era usado não apenas para "esmagar" energia, mas também para converter tensão.
Um certo número de bobinas de indução verticais foram fixadas em um suporte de madeira, cujos enrolamentos primários foram conectados em série. Os enrolamentos secundários foram divididos em seções, e cada seção tinha um par de terminais para conectar os receptores de corrente, que atuavam independentemente um do outro. A resistência no circuito primário (e, consequentemente, a intensidade da corrente) pode ser ajustada movendo os núcleos dentro das bobinas. Os núcleos dos enrolamentos primário e secundário não eram interligados, portanto, esses transformadores possuíam um sistema magnético aberto. No entanto, logo percebeu-se que, se as bobinas secundária e primária forem colocadas em um único núcleo, o transformador funcionará muito melhor - as perdas de energia serão reduzidas e a eficiência aumentará. O primeiro transformador desse tipo com um sistema magnético fechado foi criado em 1884 pelos irmãos inventores ingleses Johns e Edward Hopkinson.
O núcleo desse transformador era feito de tiras ou fios de aço separados por material isolante, o que reduzia as perdas de energia por correntes parasitas. Bobinas de maior e menor tensão foram colocadas alternadamente neste núcleo. Em 1885, o engenheiro eletricista húngaro Dery provou que os transformadores deveriam ser conectados em paralelo em um circuito e registrou uma patente para esse método de conexão. Só depois disso começou a produção industrial de transformadores CA monofásicos. Como os transformadores potentes sofreram um superaquecimento significativo durante sua operação, foi desenvolvido um sistema de resfriamento de óleo (um recipiente de cerâmica com óleo foi colocado dentro do transformador). Os transformadores provaram ser extremamente úteis em um sistema trifásico também. Em geral, o sistema de corrente trifásico não teria recebido tão amplo uso nos primeiros anos de sua existência se não tivesse resolvido os problemas de transmissão de energia a longas distâncias. Mas tal transmissão, como será mostrado a seguir, é vantajosa apenas em alta tensão, que, no caso de corrente alternada, é obtida por meio de um transformador. O sistema trifásico não apresentou dificuldades fundamentais para a transformação de potência, mas exigiu três transformadores monofásicos em vez de um com sistema monofásico. Tal aumento no número de dispositivos bastante caros não poderia deixar de despertar o desejo de encontrar uma solução mais satisfatória. Em 1889, Dolivo-Dobrovolsky inventou um transformador trifásico com um arranjo radial de núcleos. Neste caso, os enrolamentos de alta e baixa tensão de cada fase estavam localizados nos núcleos radiais correspondentes, e o fluxo magnético estava na casca externa (jugo externo). Então Dolivo-Dobrovolsky descobriu que era mais fácil colocar as hastes com enrolamentos em paralelo e conectar as extremidades das hastes (núcleos) com o mesmo garfo. Então todo o sistema se tornou mais compacto. Este tipo de transformador é chamado de "prismático".
Finalmente, em outubro de 1891, Dolivo-Dobrovolsky registrou a patente de um transformador trifásico com hastes paralelas localizadas no mesmo plano. Seu design acabou sendo tão bem-sucedido que sobreviveu até hoje sem mudanças fundamentais. Autor: Ryzhov K.V.
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