Transzformátor: két évszázad egyik legnagyobb találmánya

2015. november 4. | Villanyszerelők Lapja |  9401 |

Az alábbi tartalom archív, 8 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Transzformátorok nélkül elképzelhetetlen lenne a villamos energia szállítása és elosztása. Feltalálása gyökeresen változtatta meg a világot. Nézzük át röviden, kinek köszönhetjük, hogyan készül, és hogy működik ez a nagyszerű eszköz.

Ha egy átlagos szakembert megkérdezünk, melyek a legfontosabb magyar találmányok, rendszerint ugyanazt a három készüléket említik. Az egyik a golyóstól, a másik a telefonközpont, és harmadik a transzformátor. Bláthy Ottó, Déri Miksa, Zipernowsky Károly 1885-ben ajándékozta meg a világot zseniális eszközével. Ekkor talán még nem sejtették, hogy az élet minden területén használni fogjuk ezt a készüléket, gondoljunk csak a különböző, hálózatról működtethető töltőkre. Az első transzformátor a Ganz gyárban készült, közülük két példányt, egy magtranszformátort és egy köpenytranszformátort a Magyar Elektrotechnikai Múzeumban őriznek.

Az első lépések

1882-ben Gaulard és Gibbs szabadalmaztatták azt az eljárást, amely nyitott vasmagos, soros kötésű indukciós készülékkel táplálta a lámpákat, a feszültséget a fogyasztónál a vasmag ki-be tolása szabályozta. Az 1884-es torinói kiállítást részben e rendszer világította meg, amely már megoldotta az áram gazdaságos továbbítását, de hiányzott a feszültségszabályozás s a gazdaságos elosztás. A Ganz-gyárat képviselő Bláthy Ottónak feltűnt, hogy a rendszer nem alkalmaz zárt vasmagot, s próbaként vasrúddal rövidre zárta az induktor pólusait. Tapasztalatairól beszámolt Zipernowsky Károlynak, s együtt folytatták 1884 nyarán a kísérleteket a zárt, pólusnélküli vasmagos trafóval. A párhuzamos kapcsolást Déri Miksa vizsgálta, a kísérletek után új elosztórendszert dolgozott ki. Déri és Zipernowsky 1885. január 2-án nyújtották be szabadalom-kérelmüket párhuzamos kapcsolású, 1:1-től eltérő, tetszőleges áttételű váltóáramú induktorok alkalmazásán alapuló elosztórendszerre.

A világsiker küszöbén

Márciusban Bláthyval hárman nyújtották be a zárt vasmagú trafó szabadalmát, mely a köpeny- és magtranszformátort s a szigetelt vashuzalból vagy lemezből készült vasmag különböző változatait is magában foglalta - ekkor használták először a transzformátor szót. A május 2-án nyíló Magyar Országos Kiállítás teljes világítása már az új elosztási rendszerrel készült, s a berendezés az egész szakmai világ érdeklődését felkeltette. Nagy előnye volt, hogy távoli lámpákat is ki-be lehetett kapcsolni vele anélkül, hogy a többi fényereje változott volna. Az első berendezés luzerni szállodák világításához került, a másodikat az Edison-cég rendelte meg egy milánói színházhoz, az új rendszerre épülő első nagy erőművet Róma városa rendelte a Ganztól. A feltalálók a fontosabb ipari országokban szabadalmaztatták a rendszert, sokan mégis jogtalanul utánozták azt.

Ez több pert eredményezett, ezeket a Ganz általában megnyerte. Az Edison-cég képviselője 1885-ös budapesti látogatása után a szabadalom megvételét javasolta, akkor még hiába, mert Edison az egyenáram híve volt. Egy évvel később Bláthy amerikai útján mégis megállapodtak, Edisonék a rendszerre 20 ezer dolláros opciót kaptak. Ebből végül csak 5 ezret fizettek ki, amiért a Ganz be is perelte az Edison-céget. Amerikában a Gaulard-Gibbs szabadalom opcióját Westinghouse szerezte meg, majd megismerve Dériék rendszerének előnyeit, megpróbálták a kettőt összedolgozni. Szabadalmaikkal megkerülték a magyarokét, s mivel a Ganz nem lépett időben kapcsolatba vele, a rendszer Amerikában Westinghouse nevét viseli. Az elsőbbségi vita a múlt század hatvanas éveire dőlt el, s a washingtoni Smithsonian Múzeum két Ganz-trafót állított ki az elsőbbség kiemelésével.

Hogyan készül manapság a trafó?

Transzformátorok mindenhol vannak, az esetek többségében csak akkor vesszük észre létezésüket, amikor meghibásodnak. Nézzük át röviden, hogyan készül egy egyszerű oszloptranszformátor, amely a középfeszültséget alakítja át a 0,4 kV kisfeszültségű szintre. A gyártás elején kétféle anyagra van szükség, epoxi gyantával bevont papírlapra, melyet egy fadobra ragasztanak, és 3 mm vastag alumínium lapra, amely ellenáll a középfeszültség miatt keletkezett hőnek. Mindkét anyagot tekercselő berendezés segítségével egyszerre tekerik fel a dobra. Egy alumínium gyűjtősín kisfeszültséget vesz ki a trafóból. A vezetősínt meghajlítják, és az eddig elkészült tekercset másik forgódobhoz viszik, hogy újabb rétegek kerüljenek rá. A szigetelőpapír oldalát bevonják ragasztóval, ami később megolvad, és így mindegyik réteget összetapasztja.

Utána újabb réteg papír és epoxival bevont rézhuzal kerül a tekercsre. Eztán következik a tekercselés, újabb rézhuzal és papír kerül rá a rétegre. majd a középfeszültségű áramot vezető huzalt a rézhuzalhoz forrasztják, és újabb réteg következik. Ezután hozzáforrasztják a kivezető huzalt, ami összeköti a rendszert a transzformátor tekercseivel, illetve a műanyag szigetelésű vezetékeket, amelyek a különböző feszültségeket továbbítják. Az elkészült darab a transzformátor tekercse. Ezután összeszerelik a trafó másik fontos alkatrészét, a magját. A tekercset és a magot fémhuzalokkal szorítják össze, hogy ne mozduljon el a trafótokozatban. Ezután nyolc órán át 135 °C-on hevítik, melynek során a rendszer teljesen kiszárad, így a szigetelés tökéletes lesz. Az epoxi segítségével a papír az alumínium és a rézhuzal egységes egésszé áll össze. Acélból készül a transzformátor háza. Gumitömítés kerül az oldalára, utána leföldelik a rendszert. Ezután következik három hőálló szigetelőhüvely. Ezekhez kapcsolódnak a kisfeszültségű vezetékek. Ezek után a készülékházat feltöltik ásványi olajjal, amely mindenhol átjárja a tekercset és a magot. Rövidzárlat esetén a beépített olajgáz analizátor azonnal riasztja a szakembereket. A gyűjtősínt rögzítik a szigetelőhüvelyhez. Ezután rákerül a középfeszültségű csatlakozó. Végül a házra rácsavarozzák a fedelet. Üzembe helyezés előtt tesztelik a berendezést (átütési szilárdság, üresjárás stb.).

A transzformátor működési elve A transzformátor működési elve az un. kölcsönös nyugalmi indukció jelenségén alapul. Elvi felépítését tekintve két, egymással szoros mágneses csatolásban lévő – közös, zárt vasmagon elhelyezett – tekercsből áll. Az energiát felvevő tekercset primer, az energiát leadót szekunder tekercsnek nevezzük. Ha a primer tekercset szinuszosan változó U1 feszültségre kapcsoljuk, akkor a tekercsben I1 áramerősség indul, és ez ϕ mágneses fluxust létesít, amely a vasmagban, a szekunder tekercsen keresztül záródik. A szinuszosan változó áram által létrehozott fluxus maga is szinuszosan változik: ϕ=ϕmax*sin(ωt). A változó fluxus a szekunder tekercsben U2 feszültséget indukál, a primer tekercsben pedig önindukciót okoz. Ha a primer tekercs ohmos ellenállását zérusnak tekintjük, akkor az önindukciós feszültségnek éppen a hálózati feszültséggel kell egyensúlyt tartania, ami éppen U1-gyel egyenlő. Így mindkét oldal feszültségét a közös fluxus által indukált feszültségként írhatjuk fel. Üresjárás esetén meghatározható a transzformátor áttétele, amely a tekercsek menetszámának hányadosával, a primer és a szekunder feszültség, és a primer és a szekunder áram hányadosával írható fel:

Egyszerű szerkezet, nagy ötlet, ez a gondolat fogalmazódhat meg, ha a transzformátorokra gondolunk. Az villamosenergia-szállítás és -elosztás területén nélkülözhetetlen eszköz ma már számtalan formában áll rendelkezésre, az óriási méretűtől egészen a mikroszkópikus méretűkig. Olyan eszköz, amely elévülhetetlen és nagy valószínűséggel mindig használni fogjuk, amíg szükség lesz elektromos áramra.

Írta: Lantos Tivadar
Felhasznált irodalom: Rubicon folyóirat

---