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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Transformateur. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Le transformateur est un dispositif électromagnétique statique qui comporte deux ou plusieurs enroulements couplés inductivement sur n'importe quel circuit magnétique et est conçu pour convertir, par induction électromagnétique, un ou plusieurs systèmes à courant alternatif (tensions) en un ou plusieurs autres systèmes (tensions), sans modifier le fréquence. Le transformateur effectue une conversion de tension alternative et/ou une isolation galvanique dans une grande variété d'applications : énergie électrique, électronique et ingénierie radio. Structurellement, un transformateur peut être constitué d'un (autotransformateur) ou de plusieurs enroulements de fil ou de ruban isolés (bobines), recouverts d'un flux magnétique commun, enroulés, en règle générale, sur un noyau magnétique (noyau) de matériau magnétique doux ferromagnétique.
L'essence physique du phénomène de transformation actuelle a déjà été rapportée dans le chapitre sur le téléphone. Il est cependant nécessaire de dire quelques mots de plus sur l'invention de ce dispositif remarquable, qui a permis de résoudre de nombreux problèmes, petits et grands, d'électrotechnique. Il est tout à fait logique d'affirmer que le premier transformateur est apparu simultanément avec la découverte du phénomène d'induction électromagnétique. L'une des expériences de Faraday consistait à laisser passer le courant de la batterie à travers les enroulements de la bobine. Dans ce cas, un courant est apparu dans les enroulements de la deuxième bobine, qui était à proximité, mais n'était en aucun cas liée à la première. Le passage instantané du courant a été enregistré par un galvanomètre. Faraday lui-même, cependant, n'a jamais utilisé cet effet pour convertir la tension.
En 1848, Ruhmkorff fut le premier à attirer l'attention des physiciens sur l'étonnante capacité d'un transformateur à créer des courants de très haute tension. Mais plusieurs années se sont écoulées avant qu'il ne parvienne à créer un modèle fonctionnel de cet appareil. En conséquence, en 1852, la célèbre bobine d'induction Ruhmkorff est apparue, qui a joué un rôle énorme dans l'histoire de la technologie. Dans la fabrication de ce premier transformateur, l'inventeur a dû surmonter des difficultés considérables. Afin d'augmenter le nombre de tours dans l'enroulement de la bobine secondaire, Ruhmkorff a dû utiliser un fil très fin et en même temps veiller soigneusement à ce que la haute tension ne traverse pas son isolation. Ayant acheté plusieurs kilomètres de fil aussi fin qu'un cheveu, il l'a soigneusement isolé, puis soigneusement enroulé bobine par bobine sur la bobine. A l'aide de sa bobine, Ruhmkorff pouvait générer des oscillations de très haute tension. Le courant continu ne peut pas être transformé. Afin de transformer le courant continu de la batterie en courant alternatif, Ruhmkorff a allumé un disjoncteur en série avec la bobine primaire, qui fermait et ouvrait périodiquement le courant du circuit primaire (généralement à une fréquence de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de fois par deuxième). Lorsque le courant primaire a été fermé de la batterie, une tension a été induite dans l'enroulement secondaire, qui était plus élevée que le primaire dans le même rapport que le nombre de tours dans les enroulements secondaire et primaire. Lorsque le courant primaire a été ouvert, une tension encore plus élevée a été induite dans le secondaire. Sa valeur était d'autant plus grande que l'ouverture du courant était rapide. Une plaque à ressort a été utilisée comme interrupteur, qui a été attirée par le noyau de la bobine et a ouvert le circuit. La fréquence des interruptions dépendait de la masse et de l'élasticité du ressort, du nombre de spires de l'enroulement primaire et de la tension de la pile.
Pendant plusieurs décennies, les transformateurs n'étaient presque pas utilisés dans la technologie et avaient des applications exclusivement scientifiques. Ce n'est qu'à la fin des années 70 que les bobines d'induction ont commencé à être largement utilisées dans les postes téléphoniques et dans l'éclairage électrique. Le fait est qu'après la propagation de la bougie Yablochkov en Europe, les ingénieurs électriciens ont été confrontés au soi-disant problème de "l'écrasement" de l'énergie électrique. Elle était la suivante. En règle générale, de nombreuses ampoules devaient être alimentées par un seul groupe électrogène. Pendant ce temps, lorsque de nombreuses bougies étaient connectées en série, le mode de fonctionnement du réseau devenait instable. L'extinction d'une seule bougie équivalait à casser le réseau, après quoi le reste des bougies s'éteignait. Si les bougies étaient connectées en parallèle au circuit, seule celle qui présentait le moins de résistance s'allumerait (car le courant, comme vous le savez, circule toujours le long de la ligne de moindre résistance). Lorsque cette bougie s'est complètement éteinte, la suivante, dont la résistance était la moindre, s'est allumée, et ainsi de suite. Face à ce problème, Yablochkov a suggéré d'utiliser des bobines d'induction pour "écraser" l'énergie. Avec cette connexion, les enroulements primaires des bobines étaient connectés en série et une, deux, trois bougies ou plus pouvaient être incluses dans l'enroulement secondaire, en fonction de ses paramètres. Les bobines fonctionnaient en même temps en mode transformateur, donnant la tension requise à la sortie. Lorsque la lampe s'est éteinte, le circuit n'a pas été interrompu, de sorte que les bougies individuelles ont continué à brûler. Avec le développement de la technologie du courant alternatif, les transformateurs sont devenus importants. En 1882, Golyar et Gibbs ont déposé un brevet pour un transformateur, qui était utilisé non seulement pour "écraser" l'énergie, mais aussi pour convertir la tension.
Un certain nombre de bobines d'induction verticales étaient fixées sur un support en bois, dont les enroulements primaires étaient connectés en série. Les enroulements secondaires étaient divisés en sections et chaque section avait une paire de bornes pour connecter les récepteurs de courant, qui agissaient indépendamment les uns des autres. La résistance dans le circuit primaire (et, par conséquent, l'intensité du courant) pourrait être ajustée en déplaçant les noyaux à l'intérieur des bobines. Les noyaux des enroulements primaire et secondaire n'étaient pas interconnectés, de sorte que ces transformateurs avaient un système magnétique ouvert. Cependant, on a vite remarqué que si les bobines secondaire et primaire sont placées sur un seul noyau, le transformateur fonctionnera beaucoup mieux - les pertes d'énergie seront réduites et l'efficacité augmentera. Le premier transformateur de ce type avec un système magnétique fermé a été créé en 1884 par les frères inventeurs anglais Johns et Edward Hopkinson.
Le noyau de ce transformateur était constitué de bandes ou de fils d'acier séparés par un matériau isolant, ce qui réduisait les pertes d'énergie dues aux courants de Foucault. Des bobines de tension supérieure et inférieure étaient alternativement placées sur ce noyau. En 1885, l'ingénieur électricien hongrois Deri a prouvé que les transformateurs devaient être connectés en parallèle dans un circuit et a déposé un brevet pour cette méthode de connexion. Ce n'est qu'après cela que la production industrielle de transformateurs AC monophasés a commencé. Étant donné que les transformateurs puissants subissaient une surchauffe importante pendant leur fonctionnement, un système de refroidissement d'huile a été développé (un récipient en céramique contenant de l'huile était placé à l'intérieur du transformateur). Les transformateurs se sont également avérés extrêmement utiles dans un système triphasé. D'une manière générale, le système de courant triphasé n'aurait pas été aussi largement utilisé dans les toutes premières années de son existence s'il n'avait pas résolu les problèmes de transmission d'énergie sur de longues distances. Mais une telle transmission, comme on le verra plus loin, n'est avantageuse qu'à haute tension, qui, dans le cas du courant alternatif, est obtenue au moyen d'un transformateur. Le système triphasé ne présentait pas de difficultés fondamentales pour la transformation de puissance, mais nécessitait trois transformateurs monophasés au lieu d'un avec un système monophasé. Une telle augmentation du nombre d'appareils assez coûteux ne pouvait que susciter le désir de trouver une solution plus satisfaisante. En 1889, Dolivo-Dobrovolsky a inventé un transformateur triphasé avec une disposition radiale des noyaux. Dans ce cas, les enroulements haute et basse tension de chaque phase étaient situés sur les noyaux radiaux correspondants et le flux magnétique était sur la coque externe (joug externe). Ensuite, Dolivo-Dobrovolsky a découvert qu'il était plus facile de placer les tiges avec des enroulements en parallèle et de connecter les extrémités des tiges (noyaux) avec le même joug. Ensuite, l'ensemble du système s'est avéré plus compact. Ce type de transformateur est dit "prismatique".
Enfin, en octobre 1891, Dolivo-Dobrovolsky dépose un brevet pour un transformateur triphasé à tiges parallèles situées dans le même plan. Sa conception s'est avérée si réussie qu'elle a survécu jusqu'à ce jour sans changements fondamentaux. Auteur : Ryzhov K.V.
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