1831年8月29日，法拉第通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。法拉第進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)的裝置(法拉第感應(yīng)線圈)實(shí)際上是世界上第一只變壓器雛形，以后法拉第又作了數(shù)次實(shí)驗(yàn)，同年10月28日還制成了第一臺(tái)圓盤式直流發(fā)電機(jī)。同年11月24日，法拉第向英國皇家學(xué)會(huì)報(bào)告了他的實(shí)驗(yàn)及其發(fā)現(xiàn)，從而使法拉第被公認(rèn)為電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)者，他也順理成章地成為變壓器的發(fā)明人。變壓器根據(jù)電磁感應(yīng)定律，將交流電變換為同頻率、不同電壓交流電，因此，變壓器是隨著電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)而誕生，經(jīng)過許多科學(xué)家不斷完善、改進(jìn)而形成的。
現(xiàn)代變壓器主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯(磁芯)。主要功能有:電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等。按用途可以分為:電力變壓器和特殊變壓器(電爐變、整流變、工頻試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓器、礦用變、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、沖擊變壓器、儀用變壓器、電子變壓器、電抗器、互感器等)。
實(shí)際上最早發(fā)明變壓器的是美國著名科學(xué)家亨利。1830年8月，進(jìn)行磁生電實(shí)驗(yàn)。實(shí)際上，亨利這個(gè)實(shí)驗(yàn)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的非常直觀的關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)，亨利這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置也實(shí)際上是一臺(tái)變壓器的雛形。但是，亨利做事謹(jǐn)慎，他沒有急于發(fā)表他的實(shí)驗(yàn)成果，他還想再做一些實(shí)驗(yàn)。然而假期已過，他只得將這件事擱置一旁。后來他又進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，直到1832年才將實(shí)驗(yàn)論文發(fā)表在《美國科學(xué)和藝術(shù)雜志》第7期上。
但是，在此以前，法拉第首先公布了他的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，介紹了他的實(shí)驗(yàn)裝置，因此電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)明權(quán)只能歸法拉弟，變壓器的發(fā)明權(quán)也非法拉弟莫屬了。亨利雖然非常遺憾地與電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)權(quán)和變壓器的發(fā)明權(quán)擦肩而過，但他在電學(xué)上的貢獻(xiàn)、對(duì)變壓器發(fā)明的貢獻(xiàn)則是有目共睹的。
特別值得一提的是，亨利實(shí)驗(yàn)裝置比法拉弟感應(yīng)線圈更接近于現(xiàn)代通用的變壓器。從現(xiàn)代變壓器原理來看，法拉弟感應(yīng)線圈是一只單心閉合磁路雙繞組式變壓器。由于當(dāng)時(shí)沒有交流電源，所以它是一種原始的脈沖變壓器，而亨利變壓器則是一種原始的雙心開路磁路雙繞組式脈沖變壓器。
現(xiàn)代變壓器德國技師魯姆科爾夫在變壓器發(fā)明史上是一個(gè)貢獻(xiàn)較大的人。他制造了一些優(yōu)良的感應(yīng)線圈。1851年，他提出第一個(gè)感應(yīng)火花線圈(變壓器)的專利，后來，魯姆科爾夫?qū)υ摼�圈進(jìn)行了改進(jìn)，如將以前采用的水銀開關(guān)改為酒精開關(guān)，不但可消除開關(guān)火花，而且可防止氧化；此外，他還在原邊線圈接入電容器以提高感應(yīng)電壓。魯姆科爾夫線圈由于功率較大，不但可用作實(shí)驗(yàn)，而且還可用于放電治療。因此可以說，魯姆科爾夫感應(yīng)線圈是第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的變壓器。
之后，許多人對(duì)感應(yīng)線圈進(jìn)行了研究，提出了一些改進(jìn)建議。例如，美國人富勒在19世紀(jì)70年代初對(duì)感應(yīng)線圈進(jìn)行了理論研究，提出感應(yīng)線圈應(yīng)采用閉合鐵心，原邊線圈采用并聯(lián)而不是當(dāng)時(shí)大多數(shù)感應(yīng)線圈所采用的串聯(lián)。但是他的想法生前只向他的上司談過，直到他死后不久，人們發(fā)現(xiàn)他的手稿。
1879年2月，人們將他的手稿整理發(fā)表，他關(guān)于感應(yīng)線圈的設(shè)想才得以公諸于世。19世紀(jì)80年代后，交流電進(jìn)入人類社會(huì)生活，變壓器的原理也為許多人所了解，人們自然而然想到將變壓器用于實(shí)際交流電路中。在這方面邁出第一步并做出重大貢獻(xiàn)的是法國人高蘭德和英國人吉布斯。
1882年9月13日，它們?cè)谟暾?qǐng)了第一個(gè)感應(yīng)線圈及其供電系統(tǒng)的專利(№.4362)，他們稱這種感應(yīng)線圈為“Secondary generator”(二次發(fā)電機(jī))。1882年10月7日，他們制成了第一臺(tái)3000V/100V的二次發(fā)電機(jī)，1983年又制成一臺(tái)容量約5kVA的二次發(fā)電機(jī)在倫敦郊外一個(gè)小型電工展覽會(huì)上展出表演。當(dāng)年，他們?yōu)閭惗厥袇^(qū)鐵路提供了幾臺(tái)小型變壓器。
1884年，他們?cè)谝獯罄检`技術(shù)博覽會(huì)上展出了他們的變壓器，并表演了交流遠(yuǎn)距離輸電。采用開磁路變壓器串聯(lián)交流輸電系統(tǒng)，將30kW、133Hz的交流電輸送到40km遠(yuǎn)處。應(yīng)用廣泛的變壓器高蘭德—吉布斯二次發(fā)電機(jī)(變壓器)雖然開辟了變壓器的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，但早期這種變壓器存在某些先天不足，如開路鐵心、原邊線圈串聯(lián)等。
首先對(duì)此質(zhì)疑和作出改進(jìn)的是匈牙利崗茨工廠的三個(gè)年輕工程師布拉什、齊伯諾夫斯基和德里。1884年，意大利都靈技術(shù)博覽會(huì)召開，布拉什和崗茨工廠一批技術(shù)人員參觀了該博覽會(huì)，見到了會(huì)上展出的高蘭德—吉布斯二次發(fā)電機(jī)。布拉什當(dāng)時(shí)敏銳地覺察到這種二次發(fā)電機(jī)有很大發(fā)展前途，注意到這種變壓器的優(yōu)點(diǎn)及不足之處。
1884年7月，布拉什從都靈回到布達(dá)佩斯后，立即將都靈博覽會(huì)上的所見所聞告訴了齊伯諾夫斯基和達(dá)里，他們決定立即進(jìn)行變壓器的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。布拉什建議采用閉路鐵心，齊伯諾夫斯基建議將原邊線圈串聯(lián)改為并聯(lián)，并和德里一道進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)。
1885年5月1日，匈牙利布拉佩斯國家博覽會(huì)開幕，一臺(tái)150V、70Hz單相交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流，經(jīng)過75臺(tái)崗茨工廠5kVA變壓器(閉路鐵心，并聯(lián)，殼式)降壓，點(diǎn)燃了博覽會(huì)場(chǎng)的1067只愛迪生燈泡，其光耀奪目的壯觀場(chǎng)面轟動(dòng)了世界。
所以，后來人們把1885年5月1日作為現(xiàn)代實(shí)用變壓器的誕生日而加以紀(jì)念。布達(dá)佩斯博覽會(huì)使崗茨工廠名揚(yáng)四海，博覽會(huì)期間工廠就接到一批訂單。變壓器的應(yīng)用有利于遠(yuǎn)程輸電減少損耗齊伯諾夫斯基—德里—布拉什(Z-D-B)變壓器是變壓器技術(shù)發(fā)展史上的重要里程碑，它所采用的閉路鐵心、原邊并聯(lián)等基本結(jié)構(gòu)一直沿用至今。
可以說Z-D-B變壓器已使現(xiàn)代變壓器的結(jié)構(gòu)基本定型，從此變壓器正式進(jìn)入交流電流的輸電、配電領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了交流電流的普及應(yīng)用，促進(jìn)了現(xiàn)代交流電機(jī)的發(fā)展。 |
