Что такое дуговая лампа. Дуговая лампа

В современной электроэнергетике, радиотехнике, электросвязи, системах автоматики широчайшее применение получил трансформатор, который по праву считается одним из распространенных видов электрического оборудования. Изобретение трансформатора - одна из замечательных страниц в истории электротехники. Прошло почти 120 лет после создания первого промышленного однофазного трансформатора, над изобретением которого трудились начиная с 30-х и до середины 80-х годов XIX века ученые, инженеры разных стран.

В наше время известны тысячи разнообразных конструкций трансформаторов - от миниатюрных до гигантских, для транспортировки которых требуются специальные железнодорожные платформы или мощные плавучие средства.

Как известно, при передаче электроэнергии на большое расстояние применяется напряжение в сотни тысяч вольт. Но непосредственно использовать такие огромные напряжения потребители, как правило, не могут. Поэтому электроэнергия, вырабатываемая на ТЭС, ГЭС или АЭС, подвергается трансформации, вследствие чего общая мощность трансформаторов в несколько раз превышает установленную мощность генераторов на электростанциях. Потери энергии в трансформаторах должны быть минимальными, и эта проблема всегда была одной из главных при их конструировании.

Создание трансформатора стало возможным после открытия явления электромагнитной индукции выдающимися учеными первой половины XIX в. англичанином М. Фарадеем и американцем Д. Генри. Широко известен опыт Фарадея с железным кольцом, на котором были намотаны две изолированные друг от друга обмотки, первичная, соединенная с батареей, и вторичная - с гальванометром, стрелка которого отклонялась при размыкании и замыкании первичной цепи. Можно считать, что устройство Фарадея представляло собой прообраз современного трансформатора. Но ни Фарадей, ни Генри не были изобретателями трансформатора. Они не занимались исследованием проблемы преобразования напряжения, в их опытах приборы питались постоянным, а не переменным током и действовали не непрерывно, а мгновенно в моменты включения или выключения тока в первичной обмотке.

Первыми электрическими приборами, в которых использовалось явление электромагнитной индукции, были индукционные катушки. В них при размыкании первичной обмотки во вторичной наводилась значительная по величине ЭДС, вызывавшая между концами этой обмотки большие искры. Таких приборов в течение 1835-1844 годов было запатентовано несколько десятков. Наиболее совершенной была индукционная катушка немецкого физика Г.Д. Румкорфа.

Индукционная катушка защищает Кронштадт

Первое успешное применение индукционной катушки было осуществлено в начале 40-х годов XIX века российским академиком Б.С. Якоби (1801-1874) для воспламенения пороховых зарядов подводных электрических мин. Сооруженные под его руководством минные заграждения в Финском заливе преградили путь к Кронштадту двум англо-французским эскадизвестно, что в ходе этой войны большое значение имела оборона Балтийского побережья. Огромная англо-французская эскадра, состоявшая из 80 кораблей с общим числом орудий 3600, безуспешно пыталась прорваться к Кронштадту. После того как флагманский корабль «Мерлин» столкнулся с подводной электрической миной, эскадра была вынуждена покинуть Балтийское море.

Вражеские адмиралы с сожалением признали: «Союзный флот не может предпринять ничего решительного: борьба с могучими укреплениями Кронштадта подвергла бы только бесполезному риску судьбу кораблей». Известная английская газета «Геральд» посмеивалась над вице-адмиралом Непиром: «Пришел, увидел и... не победил... Русские смеются, и мы смешны, в самом деле». Электрические мины, неизвестные в Европе, заставили отступить великолепнейший флот, какой когда-либо появлялся в море, он, как писала другая газета, не только «не подвинул вперед войны, но возвратился, не одержав ни одной победы».

Впервые индукционная катушка в качестве трансформатора была применена талантливым русским электротехником-изобретателем Павлом Николаевичем Яблоковым (1847-1894).

В 1876 г. он изобрел наменитую «электрическую свечу» - первый источник электрического света, получивший широкое применение и известный под названием «русского света». Благодаря своей простоте «электрическая свеча» в течение нескольких месяцев распространилась по всей Европе и даже достигла покоев персидского шаха и короля Камбоджи.

Для одновременного включения в электрическую сеть большого числа свечей Яблочков изобрел систему «дробления электрической энергии» посредством индукционных катушек. Патенты на «свечу» и схему их включения он получил в 1876 г. во Франции, куда вынужден был уехать из России, чтобы не попасть в «долговую» тюрьму. (Он владел небольшой электротехнической мастерской и увлекался экспериментированием с приборами, которые брал для ремонта, не всегда вовремя расплачиваясь с кредиторами.)

В разработанной Яблочковым системе «дробления электрической энергии» первичные обмотки индукционных катушек включались последовательно в сеть переменного тока, а во вторичные обмотки могло включаться различное число «свечей», режим работы которых не зависел от режима других. Как указывалось в патенте, такая схема позволяла «осуществлять раздельное питание нескольких осветительных приборов с разной силой света от единого источника электричества». Совершенно очевидно, что в этой схеме индукционная катушка работала в режиме трансформатора.

Если в первичную сеть включался генератор постоянного тока, Яблочков предусматривал установку специального прерывателя. Патенты на включение свечей посредством трансформаторов были получены Яблочковым во Франции (1876), Германии и Англии (1877), в России (1878). И когда несколько лет спустя начался спор о том, кому принадлежит приоритет в изобретении трансформатора, французское общество «Электрическое освещение», выдавшее 30 ноября 1876 г.ообщении подтверждало приоритет Яблочкова: в патенте «...был описан принцип действия и способы включения трансформатора». Сообщалось также, что «приоритет Яблочкова признан и в Англии».

Схема «дробления электрической энергии» посредством трансформаторов демонстрировалась на электрических выставках в Париже и Москве. Эта установка была прообразом современной электрической сети с основными элементами: первичный двигатель - генератор - линия передачи - трансформатор - приемник. Выдающиеся заслуги Яблочкова в развитии электротехники были отмечены высшей наградой Франции - Орденом Почетного легиона.

В 1882 г. лаборант Московского университета И.Ф. Усагин демонстрировал на Промышленной выставке в Москве схему «дробления» Яблочкова, но во вторичные обмотки катушек включил различные приемники: электродвигатель, нагревательную спираль, дуговую лампу, электрические свечи. Этим он впервые продемонстрировал универсальность переменного тока и был награжден серебряной медалью.

Как уже отмечалось, в установке Яблочкова трансформатор не имел замкнутого магнитопровода, что вполне удовлетворяло техническим требованиям: при последовательном включении первичных обмоток включение и выключение одних потребителей во вторичных обмотках не влияло на режим работы других.

Изобретения Яблочкова дали мощный толчок применению переменного тока. В разных странах стали создаваться электротехнические предприятия для изготовления генераторов переменного тока и совершенствования аппаратов для его трансформации.

Когда возникла необходимость передачи электроэнергии на большие расстояния, использование для этих целей постоянного тока высокого напряжения оказалось неэффективным. Первая электропередача на переменном токе была осуществлена в 1883 г. для освещения Лондонского метрополитена, длина линии составляла около 23 км. Напряжение повышалось до 1500 В с помощью трансформаторов, созданных в 1882 г. во Франции Л. Голяром и Д. Гиббсом. Эти трансформаторы также были с разомкнутым магнитопроводом, но предназначались уже для преобразования напряжения и имели коэффициент трансформации, отличный от единицы. На деревянной подставке укреплялось несколько индукционных катушек, первичные обмотки которых соединялись последовательно. Вторичная обмотка была секционирована, и каждая секция имела два вывода для подключения приемников. Изобретатели предусмотрели выдвижение сердечников для регулирования напряжения на вторичных обмотках.

Современные трансформаторы имеют замкнутый магнитопровод и их первичные обмотки включены параллельно. При параллельном включении приемников применение разомкнутого магнитопровода технически не оправданно. Было установлено, что трансформатор с замкнутым магнитопроводом обладает лучшими рабочими характеристиками, имеет меньшие потери и больший КПД. Поэтому по мере увеличения дальности электропередачи и повышения напряжения в линиях стали конструировать трансформатор с замкнутым магни1884 г. в Англии братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсонами. Магнитопровод был набран из стальных изолированных друг от друга полос, что снижало потери на вихревые токи. На магнитопроводе располагались, чередуясь, катушки высокого и низкого напряжения. На нецелесообразность эксплуатации трансформатора с замкнутым магнитопроводом при последовательном соединении первичных обмоток впервые указал американский электротехник Р. Кеннеди в 1883 г., подчеркнув, что изменение нагрузки во вторичной цепи одного трансформатора будет влиять на работу других потребителей. Это возможно устранить при параллельном включении обмоток. Первый патент на такие трансформаторы получил М. Дери (в феврале 1885 г.). В последующих схемах электропередачи высокого напряжения первичные обмотки стали включаться параллельно.

Наиболее совершенные однофазные трансформаторы с замкнутым магнитопроводом были разработаны в 1885 г. венгерскими электротехниками: М. Дери (1854-1934), О. Блати (1860-1939) и К. Циперновским (1853-1942). Они же впервые применили термин «трансформатор». В патентной заявке они указали на важную роль замкнутого шихтованного магнитопровода, в особенности для мощных силовых трансформаторов. Ими же были предложены три модификации трансформаторов, применяющихся до настоящего времени: кольцевой, броневой и стержневой. Такие трансформаторы серийно выпускались электромашиностроительным заводом «Ганц и Ко» в Будапеште. Они содержали все элементы современных трансформаторов.

Первый автотрансформатор был создан электриком американской фирмы «Вестингауз» В. Стенлеем в 1885 г., его успешное испытание состоялось в г. Питсбурге.

Большое значение для повышения надежности трансформаторов имело введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д. Свинберн). Первые трансформаторы Свинберн помещал в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток. Все это способствовало широкому применению однофазных трансформаторов в целях освещения. Наиболее мощная установка фирмы «Ганц и Ко» была сооружена в Риме в 1886 г. (15000 кВА). Одной из первых электростанций, построенных фирмой в России, была станция в Одессе для освещения нового оперного театра, широко известного в Европе.

Триумф переменного тока. Трехфазные системы

80-е годы XIX в. вошли в историю электротехники под названием «трансформаторных битв». Успешная эксплуатация однофазных трансформаторов стала убедительным аргументом в пользу применения переменного тока. Но владельцы крупных электротехнических фирм, выпускавших оборудование на постоянном токе, не желали терять прибыли и всячески препятствовали внедрению переменного тока, особенно для электропередачи на большие расстояния.

Щедро оплачиваемые журналисты распространяли о переменном токе всяческие небылицы. Противником переменного тока выступил и знаменитый американский изобретатель Т.А. Эдисон (1847-1931). После создания трансформатора отказался присутствовать на его испытании. «Нет, нет, - воскликнул он, - переменный ток - это вздор, не имеющий будущего. Я не только не хочу осматривать двигатель переменного тока, но и знать о нем!» Биографы Эдисона утверждают, что, прожив долгую жизнь, изобретатель убедился в своих ошибочных взглядах и много бы отдал, чтобы вернуть свои слова обратно.

Об остроте трансформаторных битв образно писал известный русский физик А.Г. Столетов в 1889 г. в журнале «Электричество»: «Невольно вспоминается та травля, которой подвергались трансформаторы в нашем отечестве по поводу недавнего проекта фирмы «Ганц и Ко» осветить часть Москвы. И в устных докладах, и в газетных статьях система обличалась как нечто еретическое, нерациональное и, безусловно, гибельное: доказывалось, что трансформаторы начисто запрещались во всех порядочных государствах Запада и терпятся разве в какой-нибудь Италии, падкой на дешевизну». Далеко не всем известно, что введение казни на электрическом стуле в штате Нью-Йорк в 1889 г. с использованием переменного тока высокого напряжения бизнесмены от электротехники также стремились использовать для компрометации переменного тока, опасного для жизни человека.

Создание надежных однофазных трансформаторов открыло дорогу строительству электростанций и линии передач однофазного тока, который стал широко использоваться для электрического освещения. Но в связи с развитием промышленности, строительством крупных заводов и фабрик все более остро стала ощущаться потребность в простом экономичном электродвигателе. Как известно, однофазные двигатели переменного тока не имеют начального пускового момента и не могли использоваться для целей электропривода. Так в середине 80-х годов XIX в. возникла комплексная энергетическая проблема: необходимо было создать установки для экономичной передачи электроэнергии высокого напряжения на большие расстояния и разработать конструкцию простого и высокоэкономичного электродвигателя переменного тока, удовлетворявшего требованиям промышленного электропровода.

Благодаря усилиям ученых и инженеров разных стран эта проблема была успешно решена на базе многофазных электрических систем. Эксперименты показали, что наиболее целесообразной из них является трехфазная система. Наибольших успехов в разработке трехфазных систем добился выдающийся русский электротехник М.О. Доливо-Добровольский (1862-1919), вынужденный долгие годы жить и работать в Германии. В 1881 г. он был отчислен из Рижского политехнического института за участие в студенческом революционном движении без права поступления в высшее учебное заведение России.

В 1889 г. он изобрел удивительно простой трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, конструкция которого в принципе сохранилась и до наших дней. Но для передачи электроэнергии при высоком напряжении нужно было три однофазных трансформатора, что значительно удорожало всю установку. В том же 1889 г. Доливо-Добровольский, проявив незаурядныеретателя, создает трехфазный трансформатор.

Но к той конструкции, которая подобно асинхронному двигателю в принципе сохранилась до настоящего времени, он пришел не сразу. Вначале это был аппарат с радиальным расположением сердечников. Его конструкция еще напоминает электрическую машину без воздушного зазора с выступающими полюсами, а обмотки ротора перенесены на стержни. Затем было несколько конструкций «призматического» типа. Наконец, в 1891 г. ученый получил патент на трехфазный трансформатор с параллельным расположением сердечников в одной плоскости, подобный современному.

Генеральным испытанием трехфазной системы с использованием трехфазных трансформаторов стала знаменитая Лауфен-Франкфуртская электропередача, сооруженная в 1891 г. в Германии при активном участии Доливо-Добровольского, разработавшего для нее необходимое оборудование. Близ местечка Лауфен у водопада на реке Неккар была сооружена гидростанция, гидротурбина которой могла развивать полезную мощность около 300 л.с. Вращение передавалось на вал трехфазного синхронного генератора. Посредством трехфазного трансформатора мощностью 150 кВА (таких трансформаторов ранее никто не изготавливал), электроэнергия при напряжении 15 кВ передавалась по трехпроводной линии передач на огромное для того времени расстояние (170 км) во Франкфурт-на-Майне, где открывалась международная техническая выставка. КПД передачи превышал 75%. Во Франкфурте на выставочной площадке был установлен трехфазный трансформатор, понижавший напряжение до 65 В. Выставку освещало 1000 электрических ламп. В зале установили трехфазный асинхронный двигатель мощностью около 75 кВт, приводивший в действие гидравлический насос, который подавал воду для ярко освещенного декоративного водопада. Налицо была своеобразная энергетическая цепь: искусственный водопад создавался энергией естественного водопада, удаленного от первого на 170 км. Впечатлительные посетители выставки были потрясены чудесными способностями электрической энергии.

Эта передача явилась подлинным триумфом трехфазных систем, мировым признанием выдающегося вклада в электротехнику, сделанного М.О. Доливо-Добровольским. С 1891 г. ведет свое начало современная электрификация.

С ростом мощности трансформаторов начинается строительство электростанций и энергетических систем. Зарождается и стремительно развивается электропривод, электротранспорт, электротехнология. Небезынтересно заметить, что первой самой мощной в мире электростанцией с трехфазными генераторами и трансформаторами была станция обслуживания первого в России промышленного предприятия с трехфазным электрооборудованием. Это был Новороссийский элеватор. Мощность синхронных генераторов электростанции составляла 1200 кВА, трехфазные асинхронные двигатели мощностью от 3,5 до 15 кВт приводили в действие различные механизмы и машины, а часть электроэнергии использовалась для освещения.

Постепенно электрификация затрагивала все новые отрасли птво, связь, быт, медицину - этот процесс углублялся и расширялся, электрификация принимала массовый характер.

В течение XX в. в связи с созданием мощных объединенных энергосистем, увеличением дальности передачи электрической энергии, повышением напряжения ЛЭП возрастали требования к техническим, эксплуатационным характеристикам трансформаторов. Во второй половине XX в. значительный прогресс в производстве мощных силовых трансформаторов был связан с применением для магнитопроводов холоднокатаной электротехнической стали, что позволило увеличить индукцию и уменьшить сечение и вес сердечников. Суммарные потери в трансформаторах снижались до 20%. Оказалось возможным уменьшить размеры охлаждающей поверхности масляных баков, что привело к уменьшению количества масла и снижению общего веса трансформаторов. Непрерывно совершенствовалась технология и автоматизация производства трансформаторов, внедрялись новые методы расчета прочности и устойчивости обмоток, стойкости трансформаторов к воздействию усилий при коротких замыканиях. Одна из актуальных проблем современного трансформаторостроения - достижение динамической стойкости мощных трансформаторов.

Огромные перспективы на пути увеличения мощности силовых трансформаторов открываются при использовании сверхпроводниковой технологии. Применение нового класса магнитных материалов - аморфных сплавов, по оценкам специалистов, может снизить потери энергии в сердечниках до 70%.

Трансформатор на службе радиоэлектроники и электросвязи

После открытия Г. Герцем (1857-1894) в 1888 г. электромагнитных волн и создания в 1904-1907 годах первых электронных ламп появились реальные предпосылки для осуществления беспроводной связи, необходимость в которой все возрастала. Неотъемлемым элементом схем для генерирования электромагнитных волн высокого напряжения и частоты, а также для усиления электромагнитных колебаний стал трансформатор.

Одним из первых ученых, исследовавших волны Герца, был талантливый сербский ученый Никола Тесла (1856-1943), которому принадлежит более 800 изобретений в области электротехники, радиотехники и телемеханики и которого американцы называли «королем электричества». В своей лекции, прочитанной во Франклиновском университете в Филадельфии в 1893 г., он вполне определенно высказался о возможности практического применения электромагнитных волн. «Я хотел бы, - говорил ученый, - сказать несколько слов о предмете, который все время у меня на уме, который затрагивает благосостояние всех нас. Я имею в виду передачу осмысленных сигналов, быть может, даже энергии на любое расстояние вовсе без проводов. С каждым днем я все больше убеждаюсь в практической осуществимости этой схемы».

Экспериментируя с колебаниями высокой частоты и стремясь осуществить идею «беспроводной связи», Тесла в 1891 г. создает один из самых оригинальных приборов своего времени. Ученому пришла счастливая мысль - соединить в одном приборе свойства трансформатора «резонанс-трансформатор», сыгравший огромную роль в развитии многих отраслей электротехники, радиотехники и широко известный под названием «трансформатора Теслы». Между прочим, с легкой руки французских электриков и радистов этот трансформатор назывался просто «Тесла».

В приборе Теслы первичная и вторичная обмотка были настроены в резонанс. Первичная обмотка была включена через разрядник с индукционной катушкой и конденсаторами. При разряде изменение магнитного поля в первичной цепи вызывает во вторичной обмотке, состоящей из большого числа витков, ток весьма большого напряжения и частоты.

Современные измерения показали, что с помощью резонансного трансформатора можно получить высококачественные напряжения с амплитудой до одного миллиона вольт. Тесла указал, что, изменяя емкость конденсатора, можно получить электромагнитные колебания с различной длиной волны.

Ученый предлагал использовать резонанс-трансформатор для возбуждения «проводника-излучателя», поднятого высоко над землей и способного передавать энергию высокой частоты без проводов. Очевидно, что «излучатель» Теслы был первой антенной, нашедшей широчайшее применение в радиосвязи. Если бы ученый создал чувствительный приемник электромагнитных волн, он бы пришел к изобретению радио.

Биографы Теслы считают, что до А.С. Попова и Г. Маркони Тесла был ближе всех к этому открытию.

В 1893 г., за год до Рентгена, Тесла обнаружил «особые лучи», проникающие через предметы, непрозрачные для обычного света. Но он не довел эти исследования до конца, и между ним и Рентгеном надолго установились дружеские отношения. Во второй серии опытов Рентген использовал .

В 1899 г. Тесле удалось с помощью друзей соорудить научную лабораторию в Колорадо. Здесь на высоте двух тысяч метров он занялся изучением грозовых разрядов и установлением наличия электрического заряда земли. Он придумал оригинальную конструкцию «усиливающего передатчика», напоминающего трансформатор и позволяющего получать напряжения до нескольких миллионов вольт при частоте до 150 тысяч периодов в секунду. К вторичной обмотке он присоединил мачту высотой около 60 м. При включении передатчика Тесле удалось наблюдать огромные молнии, разряд длиной до 135 футов и даже гром. Он снова возвращался к мысли об использовании токов высокой частоты для «освещения, нагрева, передвижения электрического транспорта на земле и в воздухе», но, естественно, реализовать свои идеи он в то время не мог. Резонанс-трансформатор Теслы нашел свое применение в радиоприемной технике начала XX в. Его конструктивная модификация изготовлялась фирмой «Маркони» под названием «джиггера» (сортировщика) и использовалась также для очищения сигнала от помех.

Проблемы дальности связи удалось решить с появлением усилителей. Трансформатор получил широкое применение в схемах усилителей, основанных на использовании изобретенной в 1907 г. американским радиотехником Лдионом».

В XX в. электроника прошла огромный путь от громоздких ламповых устройств до полупроводной техники, микроэлектроники и оптоэлектроники. И всегда неизменным элементом блоков питания и разных преобразовательных схем оставался трансформатор. За многие десятилетия усовершенствовалась технология изготовления маломощных (от доли ватта до нескольких ватт) трансформаторов. Их массовое производство потребовало применения специальных электротехнических материалов, в частности ферритов, для изготовления магнитопроводов, а также трансформаторов без сердечников для высокочастотных установок. Продолжаются исследования для изыскания более эффективных конструкций с использованием новейших достижений науки и техники.

Электрификация всегда являлась основой научно-технического прогресса. На ее базе непрерывно совершенствуются технологии в промышленности, транспорте, сельском хозяйстве, связи и строительстве. Невиданных успехов достигла механизация и автоматизация производственных процессов. Достижения мировой энергетики были бы невозможны без внедрения разнообразных и высокоэкономичных силовых и специальных трансформаторов.

Но из объективных законов развития науки и техники следует, что какие бы совершенные конструкции ни были созданы сегодня, они являются лишь ступенью на пути создания еще более мощных и уникальных трансформаторов.

Трансформаторы.

Трансформатором называют электромагнитное устройство,предназначенное для преобразования посредством магнитного поля электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте.

Условное графическое изображение трансформатора

Источник Приёмник

Электромагнитная схема трансформатора

Принципиальная схема трансформатора(воздушного)

Трансформатор с ферро магнитным сердечником

На замкнутом магнитопроводе расположены две обмотки.К одной обмотке с числом витков W 1 проводится электроэнергия от источника питания. Эта обмотка называется первичной. К другой обмотке с числом витков W 2 подключается нагрузка . Это вторая обмотка.

Под действием подведённой переменной ЭДС источника в первичной обмотке возникает i 1 , который возбуждает изменяющийся магнитный поток Ф 1 .Этот поток пронизывает витки первичной и вторичной обмоток индуцирует в них е 1 и е 2 .ЭДС е 1 создаёт основную часть напряжения на первичной обмотке U 1 ,другая составляющая U 1 это напряжение на активном сопротивлении первичной обмотке. ЭДС е 2 создаёт напряжение на вторичной обмотке трансформатора U 2 ,которое равно е 2 в режиме холостого хода(без нагрузки).При подключении к вторичной обмотке нагрузки появляется ток i 2 ,которыйобразует собственный магнитный поток Ф 2 , накладывающийся на потом первичной обмотки. В результате создаётся общий поток Ф сцепленный с витками обеих обмоток и определяющий в них ЭДС е 1 и е 2 .

Помимо основного потока в магнитопроводе,токи обмоток создают в окружающей пространстве, которым часто пренебрегают. Можно так же пренебречь активными сопротивлениями обмоток. Такой трансформатор называется идеализированным.

При увеличении тока i 2 увеличивается МДС вторичной обмотки W 2* i 2 (увеличивается Ф 2) и стремится ослабить результирующий поток Ф, что приводит к уменьшению ЭДС е 1 и нарушает электрическое равновесие:Ė ист =İ 1 R 1 +Ė 1 , это приводит к росту тока i 1 в первичной обмотке. Электрическое равновесие восстанавливается когда МДС W 1* i 1 скомпенсирует рост МДС W 2* i 2 .

Вывод: изменение нагрузки трансформатора,т.е. тока i 2 ,приводит к соответствующему изменению тока i 1 .

Применение трансформаторов.

1)Трансформаторы используются в качестве преобразователей напряжение одного значения в напряжение другого значения при неизменной мощности. Силовые трансформаторы.

2)Трансформаторы изолируют в электрическом отношении одну часть схемы от другой. При этом используют важнейшее свойство трансформаторов -возможность передачи энергии при отсутствии электрических связей между обмотками(Электроинструмент).(Источник питания в радиоэлектроники) .

3)Трансформаторы широко используются в измерительной технике для работы с высокими напряжениями и большими токами.(Измерительные трансформаторы напряжения и тока).

4)Трансформация сопротивлений или согласование генератора с нагрузкой.(Сварочный аппарат,СВЧ техника).

Трансформация напряжений.

Уравнения электрического состояния обмоток идеализированного трансформатора имеют следующий вид:

u 1 =-e 1 ; u 2 =-e 2 где а

Отношение напряжения или ЭДС первичной обмотки к напряжению или ЭДС вторичной обмотки называют коэффициентом трансформации.

Трансформация токов.

Воспользуемся уравнением магнитного состояния Н*l= W 1* i 1 - W 2* i 2 ,где l-длина средней линии магнитопровода, Н*l-магнитное напряжение, W * i-МДС.

Величины магнитного напряжения на несколько порядков меньше величины МДС обмоток, поэтому можно ещё более идеализировать трансформатор,считать, Н*l≈0,тогда W 1* i 1 = W 2* i 2 =>МДС первичной и вторичной обмоток действуют встречно и уравновешивают друг друга.

Умножим это уравнение на

В идеальном трансформаторе энергия полностью передаётся из первичной обмотки во вторичную.

Векторная диаграмма трансформатора.

Ė ист =İ 1 (R 1 +j*ω*l 1)- İ 2 *j*M*ω

İ 2 (R 1 +j*ω*l 1)- İ 1 *j*M*ω+ İ 2 * =0 ; где İ 2 *

За начальую фазу примем ток нагрузки İ 2

Потери в трансформаторе.

Периодические изменения магнитного поля в магнитопроводе сопровождаются магнитными потерями,мощность которых зависят от частоты и амплитуды магнитной индукции в магнитопроводе, а также от материала последнего.

Магнитные потери имеёт 2 составляющие:

Потери на гистерезис

Потери на вихревые токи или токи Фунно

Для снижения потерь на гистерезис используют феррамагнитные материалы с малой площадью петли гистерезиса –магнитомягкие материалы.

Для снижения потерь на токи Фунно сердечник трансформатора изготавливают из тонких пластин, изолированных друг от друга или используют ферриты – материалы с высокой магнитной проницаемостью,но являющаяся диэлектриком.

При неизменном напряжении на входе трансформатора U 1 магнитные потери не зависят от нагрузки.

В обмотках трансформатора возникают электрические потери на активных сопротивлениях проводников.

Активная мощность,потребляемая трансформатором Р 1 превышает активную мощность,отдаваемую в нагрузку Р 2 на величину

∆Р= Р м + Р э1 + Р э2 , где Р м –мощность магнитных потерь.

Потери в трансформаторе вызывают тепловые потери,направленные от внутренних частей к внешней поверхности.

Температура нагрева изоляции обмоток трансформаторы определяет номинальные токи первичной I ном1 и вторичный I ном2 обмоток.

I ном1 и I ном2 -это такие токи обмоток,при которых трансформатор может работать не перегреваясь неограниченное время.

Напряжение на которое рассчитаны обмотки трансформатора называются номинальными: U ном1 и U ном2 .

Произведение номинального тока на номинальное напряжение даёт номинальную полную мощность: S ном1 и S ном2 .

Однако вовсе не обязательно,чтобы мощность нагрузки трансформатора была равна номинальной. Она может быть как меньше,так и больше её. В первом случае трансформатор будет меньше греться,чтобы увеличить его срок службы,а во втором случае начнётся перегрев и если трансформатор будет работать долго в этом режиме то сгорит. Однако кратковременная работа с перегрузкой последствий не вызовет.

Отношение полной мощности нагрузки к номинальной,называется коэффициентом нагрузки трансформатора β= ; K s = -коэффициент передачи полной мощности.

Дуговая лампа - общий термин для обозначения класса ламп, в которых источником света является электрическая дуга . Дуга горит между двумя электродами из тугоплавкого металла, как правило из вольфрама . Пространство вокруг промежутка обычно заполняется инертным газом (ксеноном, аргоном), парами металлов или их солей (ртути, натрия и др.). В зависимости от состава, температуры и давления газа, в котором происходит разряд, лампа может излучать свет различного спектра. Если в спектре излучения много ультрафиолетового света, а необходимо получить видимый, используется люминофор .

Принцип работы

В дуговой лампе газ между электродами ионизируется под воздействием высокой температуры и электрического поля, в результате чего переходит в состояние плазмы. Плазма хорошо проводит ток. За счёт рекомбинации электронов излучается свет.

Для того, чтобы дуга зажглась, должен произойти электрический пробой газа. Для этого требуется предварительный подогрев и большая напряжённость электрического поля. Для этой цели применяются различные схемы: может кратковременно замыкаться цепь в обход лампы (в результате чего импульс образуется за счёт самоиндукции дросселя при размыкании), или подаваться высокое напряжение от отдельного импульсного зажигающего устройства , могут использоваться дополнительные поджигающие электроды или рабочие электроды могут механически сближаться.

Цвет излучаемого света, как и электрические характеристики лампы меняются со временем и изменением температуры. Температура дуги в лампе может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия, кварцевой колбы - до 500 градусов, а керамической колбы - до 1000 градусов.

См. также

Напишите отзыв о статье "Дуговая лампа"

Литература

• Braverman Harry. Labor and Monopoly Capital. - New York: Monthly Review Press, 1974.

• MacLaren Malcolm. The Rise of the Electrical Industry during the Nineteenth Century. - Princeton: Princeton University Press, 1943.

• Noble David F. America by Design: Science, Technology, and the Rise of Corporate Capitalism. - New York: Oxford University Press, 1977. - P. 6–10.

• Prasser Harold C. The Electrical Manufacturers. - Cambridge: Harvard University Press, 1953.

Отрывок, характеризующий Дуговая лампа

Области применения

Благодаря линейчатому спектру излучения газоразрядные лампы первоначально применялись лишь в специальных случаях, когда получение заданного спектрального состава излучения являлось фактором более важным, чем значение световой отдачи. Возникла широкая номенклатура , предназначенных для применения в научно-исследовательской аппаратуре, которые объединяют под одним общим названием - спектральные лампы.

Рисунок 1. Спектральные лампы с парами натрия и магния

Возможность создания интенсивного ультрафиолетового излучения, отличающегося высокими химической активностью и биологическим действием, привела к использованию газоразрядных ламп в химической и полиграфической промышленности, а также в медицине.

Короткая дуга в газе или парах металла при сверхвысоком давлении отличается высокой яркостью, что позволило в настоящее время отказаться от открытой угольной дуги в прожекторной технике.

Применение люминофоров, позволившее получать газоразрядные лампы с непрерывным спектром излучения в видимой области, определило возможность внедрения газоразрядных ламп в осветительные установки и вытеснение из ряда областей ламп накаливания.

Особенности изотермической плазмы, обеспечивающей получение спектра излучения, близкого к излучению тепловых источников, при температурах, недоступных в лампах накаливания, привели к разработке сверхмощных осветительных ламп со спектром, практически совпадающим с солнечным.

Практическая безынерционность газового разряда позволила применить газоразрядные лампы в фототелеграфе и вычислительной технике, а также создать импульсные лампы, концентрирующие в кратковременном световом импульсе огромную световую энергию.

Видео 1. Импульсные лампы

Требования снижения расхода электроэнергии во всех областях народного хозяйства расширяют применение экономичных газоразрядных ламп, объем выпуска которых непрерывно растет.

Лампы тлеющего разряда

Как известно, нормальный тлеющий разряд возникает при малых плотностях тока. Если при этом расстояние между катодом и анодом настолько мало, что в его пределах не может разместиться столб разряда, то имеют место катодное свечение и отрицательное тлеющее свечение, покрывающие поверхность катода. Расход мощности в лампе тлеющего разряда весьма мал, так как мал ток, а напряжение определяется лишь катодным падением. Излучаемый лампой световой поток незначителен, однако совершенно достаточен для того, чтобы зажигание лампы было заметным, особенно если разряд происходит в газе, дающем цветное излучение, например в неоне (длина волны 600 нм, красный цвет излучения). Такие лампы различной конструкции широко используют в качестве индикаторов. Так называемые цифровые лампы являлись ранее составной частью многих автоматических устройств с цифровыми указателями.

Рисунок 3. Лампа тлеющего разряда предназначенная для индикации цифр

При длинном газоразрядном промежутке с расстоянием между электродами значительно большим, чем прикатодная область, основное излучение разряда сосредотачивается в столбе разряда, который при тлеющем разряде отличается от столба при дуговом разряде лишь меньшей плотностью тока. Излучение такого столба может иметь высокую световую отдачу при большой длине. Высокое значение катодного падения напряжения в тлеющем разряде обусловило разработку ламп на высокое напряжение питания, то есть напряжение на них значительно превосходит напряжение, считающееся безопасным по условиям работы в закрытых помещениях, особенно бытовых. Однако такие лампы с успехом применяют для различного рода рекламных и сигнальных установок.

неоновая лампа	криптоновая лампа

Рисунок 4. Лампы с длинным столбом тлеющего разряда

Преимуществом лампы тлеющего разряда является простота конструкции катода по сравнению с катодом лампы дугового разряда. Кроме того, тлеющий разряд менее чувствителен к наличию случайных примесей в газоразрядном пространстве, а следовательно, более долговечен.

Лампы дугового разряда

Дуговой разряд применяется практически во всех газоразрядных лампах. Связано это с тем, что при дуговом разряде ослабевает катодное падение напряжения и уменьшается его роль в балансе энергии лампы. Дуговые лампы могут быть изготовлены на рабочие напряжения равные напряжениям электрических сетей. При небольшой и средней плотности тока дугового разряда, а также при невысоком давлении в лампе источником излучения в основном выступает положительный столб, а свечение катода практически не имеет никакого значения. Повышая давление газа или паров металла наполняющих горелку прикатодная область постепенно уменьшается, а при значительных давлениях (более 3 × 10 4 Па) ее практически не остается совсем. Увеличением давления в лампах достигают высоких параметров излучения при небольших расстояниях между электродами. Высокие значения светоотдачи при совсем малых расстояниях можно получить при сверхвысоких давлениях (более 10 6 Па). С ростом давления и уменьшением расстояния между электродами сильно возрастает плотность тока и яркость шнура разряда.

При увеличении давления и плотности тока происходит образование изотермической плазмы, излучение которой в основном состоит из нерезонансных спектральных линий, возникающих при переходе электрона в атоме на более низкие, но не основные уровни.

Дуговой разряд используют в самых различных газах и парах металлов от самых низких давлений до сверхвысоких. В связи с этим конструкции колб дуговых ламп чрезвычайно разнообразны как по форме, так и по роду применяемого материала. Для ламп сверхвысокого давления большое значение приобретает прочность колб в условиях высоких температур, что привело к разработке соответствующих методов их расчета и исследования параметров.

После появления дугового разряда из катодного пятна выбивается основная масса электронов. Светящаяся катодная часть разряда начинается с катодного пятна, представляющего из себя небольшую светящуюся точку на спирали. Катодных пятен бывает несколько. В самокалящихся катодах катодное пятно занимает небольшую часть его поверхности, перемещаясь по ней по мере испарения оксида. Если плотность тока высока на материале катода возникают местные тепловые перегрузки. По причине таких перегрузок приходится применять катоды специальных сложных конструкций. Количество конструкций катодов разнообразно, но все они могут быть разделены на катоды ламп низкого давления, высокого давления и сверхвысокого давления.

Рисунок 5. Трубчатая газоразрядная лампа низкого давления

Рисунок 6. Газоразрядная лампа высокого давления

Рисунок 7. Газоразрядная лампа сверхвысокого давления

Разнообразие материалов, применяемых для колб дуговых ламп, большие значения токов требуют решения вопроса о создании специальных вводов. Подробно о конструкциях газоразрядных ламп можно прочитать в специальной литературе.

Классификация ламп

Аналогично лампам накаливания газоразрядные лампы отличаются между собой областью применения, видом разряда, давлением и видом наполняющего газа или паров металла, использованием люминофора. Если смотреть глазами изготовителей газоразрядных ламп то они могут также отличаться особенностями конструкций, важнейшими из которых являются форма и размеры колбы (газоразрядного промежутка), используемый материал из которого изготавливается колба, материал и конструкция электродов, конструкция цоколей и выводов.

При классификации газоразрядных ламп могут возникнуть некоторые затруднения связанные с многообразием признаков, на основе которых они могут быть классифицированы. В связи с этим для классификации принятой в настоящее время и используемой в качестве основы системы обозначений газоразрядных ламп, определен ограниченный ряд признаков. Стоит отметить, что для ртутных трубчатых низкого давления, являющихся наиболее массовыми газоразрядными лампами, существует своя система обозначений.

Итак, для обозначения газоразрядных ламп пользуются следующими основными признаками:

1. рабочее давление (лампы сверхвысокого давления – более 10 6 Па, высокого давления – от 3 × 10 4 до 10 6 Па и низкого давления – от 0,1 до 10 4 Па);
2. состав наполнителя, в котором происходит разряд (газ, пары металла и их соединений);
3. наименование используемого газа или пара металла (ксенон – Кс, натрий – На, ртуть – Р и тому подобные);
4. вид разряда (импульсный – И, тлеющий – Т, дуговой – Д).

Форма колбы обозначается буквами: Т – трубчатая, Ш – шаровая; если на колбу лампы наносится люминофор то в обозначение добавляется буква Л. Лампы делятся также по: области свечения – лампы тлеющего свечения и лампы со столбом разряда; по способу охлаждения – на лампы с принудительным и естественным воздушным охлаждением, лампы с водяным охлаждением.

Ртутные трубчатые люминесцентные лампы низкого давления принято обозначать проще. Например, в их обозначении первая буква Л говорит о том, что лампа принадлежит к данному виду источников света, последующие буквы – а их может быть одна, две или даже три, обозначают цветность излучения. Цветность является важнейшим параметром обозначения, так как цветность определяет область использования лампы.

Классификация газоразрядных ламп может также вестись по их значимости в области техники освещения: дуговые лампы высокого давления с исправленной цветностью; дуговые трубчатые лампы высокого давления; дуговые высокого давления; дуговые натриевые лампы низкого и высокого давления; дуговые высокого давления; дуговые шаровые сверхвысокого давления; дуговые ксеноновые трубчатые и шаровые лампы; люминесцентные лампы низкого давления; электродосветные, импульсные и другие виды специальных газоразрядных ламп.

Устройство, в котором свет создается за счет электрической дуги, создаваемой между двумя ЭЛЕКТРОДАМИ. Во многих современных дуговых лампах, используемых как источник яркого света, применяют металлические и ок-сидные электроды, погруженные в газ, который начинает светиться при возникновении дуги.

Смотреть значение Дуговая Лампа в других словарях

Лампа — ж. немецк. сосуд разного вида и устройства, для освещения жилья маслом, ворванью, жидким салом; лампа обычно со стеклом, иногда с часовым ходом, для накачиванья масла;........
Толковый словарь Даля

Лампа — лампы, ж. (фр. lampe). 1. Прибор, наполняемый горючим веществом для искусственного освещения. Керосиновая лампа. Спиртовая лампа. || Приспособление для электрического освещения.........
Толковый словарь Ушакова

Лампа Ж. — 1. Осветительный или нагревательный прибор различного вида и устройства.
Толковый словарь Ефремовой

Лампа-вспышка Ж. — 1. Портативный импульсный источник света для кратковременного и интенсивного освещения объектов во время фотосъемки; фотовспышка.
Толковый словарь Ефремовой

Лампа — -ы; ж. [франц. lampe]
1. Осветительный прибор (различного вида и устройства). Электрическая л. Керосиновая л. Настольная л. Л. дневного света (электрическая лампа, источником........
Толковый словарь Кузнецова

Ценовая Эластичность Дуговая — эластичность, которая измеряется как средняя на дуге кривой
спроса и
предложения.
Экономический словарь

Лампа — Заимствование из немецкого, в котором Lampe восходит к французскому lampe от латинского lampas, в свою очередь восходящему к греческому слову, давшему, кстати, и лампада.
Этимологический словарь Крылова

Бактерицидная Лампа — см. лампа бактерицидная.
Словарь микробиологии

Лампа Бактерицидная — газоразрядный источник УФ–излучения, используемый для стерилизации воздуха и некоторых жидкостей. Наполнена инертным газом (напр., ксеноном) с небольшим количеством........
Словарь микробиологии

— газоразрядный источник света, в котором при электрическом разряде в парах ртути возникает оптическое излучение, главным образом в УФ и видимой областях спектра. Используется........
Словарь микробиологии

Бактерицидная Лампа — ртутная лампа низкого давления с колбой из увиолевого стекла, испускающая ультрафиолетовое излучение с максимумом, соответствующим длине волны 253,7 нм; является основным........
Большой медицинский словарь

Бестеневая Лампа — см. Светильник бестеневой.
Большой медицинский словарь

— см. лампа ртутная.
Словарь микробиологии

— источник ультрафиолетового излучения в виде трубки из кварцевого стекла с металлическими электродами, из которой удален воздух и добавлено небольшое количество паров........
Большой медицинский словарь

Лампа Инфракрасного Излучения — физиотерапевтический аппарат, представляющий собой укрепленный на штативе и снабженный рефлектором электронагревательный элемент, максимум излучения которого находится........
Большой медицинский словарь

Лампа Ультрафиолетового Излучения — (УФЛ; син. ртутно-кварцевая лампа нрк) - физиотерапевтический аппарат, представляющий собой источник ультрафиолетового излучения (дуговую ртутную трубчатую горелку)........
Большой медицинский словарь

Лампа-соллюкс — см. Соллюкс-лампа.
Большой медицинский словарь

Ланге Лампа — (О. Ланге, отеч. офтальмолог конца 19 в.) лампа для диафаноскопии глаза, отличающаяся тем, что имеет конденсор в форме усеченного конуса, дающий узкий концентрированный........
Большой медицинский словарь

Галогенная Лампа — лампа накаливания, в состав газовой смеси которой кромеинертного газа входят галогены (обычно иод или бром). При одинаковых собычной лампой накаливания мощности и сроке........

Генераторная Лампа — электронная лампа для преобразования энергииисточника тока в энергию электромагнитных колебаний. Применяют врадиопередатчиках, измерительных приборах, установках........
Большой энциклопедический словарь

Минина Лампа — (А. В. Минин, 1851-1909, отеч. врач) портативный аппарат для светолечения, представляющий собой лампу накаливания синего цвета с параболическим рефлектором, укрепленным на ручке.
Большой медицинский словарь

Налобная Лампа — см. Налобный осветитель.
Большой медицинский словарь

Дуговая Печь — электрическая печь для плавки металлов и других материалов,в которой используется тепловой эффект электрической дуги. По способунагрева подразделяются на печи прямого........
Большой энциклопедический словарь

Дуговая Сварка — (электродуговая сварка) - вид сварки, при которой кромкисвариваемых металлических частей расплавляют дуговым разрядом междуэлектродом и металлом в месте соединения.
Большой энциклопедический словарь

Дуговая Угольная Лампа — газоразрядный источник света, в которомиспользуется излучение электрического разряда между угольными электродами.Изобретена в 1876 П. Н. Яблочковым. Применяют в прожекторах,кинопроекционных........
Большой энциклопедический словарь

Зеленая Лампа — литературное общество в Санкт-Петербурге (1819-20), политературно-политической ориентации связанное с "Союзом благоденствия".Участвовали Н. В. Всеволожский (основатель),........
Большой энциклопедический словарь

Импульсная Лампа — источник света, предназначенный для получениякратковременных световых вспышек высокой интенсивности, в которомиспользуется свечение низкотемпературной плазмы.........
Большой энциклопедический словарь

Погружная Лампа В Медицинской Технике — осветитель операционного поля в глубине раны, представляющий собой длинный гибкий стержень с электрической лампочкой на конце или гибкий световод от внешнего источника........
Большой медицинский словарь

Криптоновая Лампа — лампа накаливания, колба которой заполнена Kr. Посравнению с лампами той же мощности, заполненными смесью азота и аргона,имеет повышенную (на 15-20%) световую отдачу, малые размеры.
Большой энциклопедический словарь

Ксеноновая Лампа — газоразрядный источник света высокого и сверхвысокогодавления, в котором дуговой разряд происходит в атмосфере Xe. Представляетсобой заполненную Xe кварцевую колбу........
Большой энциклопедический словарь