A villamos gépek és az energiaátvitel fejlődésének története Marcsa Dániel egyetemi tanársegéd
Automatizálási Tanszék Széchenyi István Egyetem Győr http://automatizalas.sze.hu 2013. szeptember 9.
A manufaktúra korszakában már voltak gépek, de ezeket emberi vagy állati erővel hajtották. A XVIII. sz. végén a manufaktúrát felváltotta a gépi ipar, melynek jelentős hajtógépe a gőzgép. Példa a gőzgép hatása a termelékenységre: 1 ember 8 órás teljesítménye 0,8kW ≈ 700kcal fizikai munka 1 ember kb. 8 óra alatt kb. 100kg szenet (≈ 6000kcal/kg) fejt vagyis 6*105kcal termelt primitív (50% hatásfokú) kazánban eltüzelve gőzt fejleszt a gőzt kezdetleges gőzgépen (2% hatásfokú) hasznosították vagyis ≈ 6000kcal a hasznosított, vagyis majdnem megtízszereződött a termelékenység. A XIX. sz. közepéig ismertté váltak azok a villamos és mágneses jelenségek, melyek a villamos energia gyakorlati felhasználásához kelletek: • Ampére-törvény • Faraday indukciós törvénye • Lenz-törvény •…
Michael Faraday (1821) – első elektromotor (forgó vezető) Peter Barlow (1822) - unipoláris gép (Barlow kerék vagy forgó kerék)
William Sturgeon (1825) – első elektromágnes Jedlik Ányos (1827) – első forgógép elektromágnessel és kommutátorral
Savatore dal Negro (1832 április) – berendezése 60g-ot felemelt 1sec. alatt 5cm magasra és közel 30mW-ot fejlesztett
Hippolyte Pixii (1832 július) – első DC generátor William Ritchie (1832) – első DC generátor kommutátorral
Kommutátor feltalálása
Heinrich Friedrich Emil Lenz (1833) – indukciós folyamat megfordíthatósága
Guiseppe Domenico Botto (1934 július) – készüléke megfelel egy metronómnak, dogattyú segítségével állított elő forgómozgást
Moritz Hermann Jacobi (1834 május) – első igazi villamos motor ≈15W T. Edmundson (1834 október) – elektromágneses forgó berendezés
Francis Watkins (1835) – villamos „játék” Sibrandus Stratingh és Christopher Becker (1835) – villamos modell autó Villamos motor feltalálója Davenport? Európában előtte már volt Jacobi és Stratingh – Becker páros. Jacobi motorja 3-szor nagyobb teljesítménnyel bír és és a nyomatéka közelítőleg tízszeres.
Thomas Davenport és Ransom Cook (1837) – első amerikai (USA) szabadalom villamos motorra (≈4,5W)
Az első villamos motor (Jacobi - 1834)
Erősebb motorok és új alkalmazások: Játékvasút Davenport egyik motorjával (1838) Jacobi továbbfejlesztett motorja (1838) 1838-ban a Néva folyón egy csónakot hajt motorjával (≈300W) 2,5 km /h sebességgel
Charles G. Page (1838) első motorja
Jacobi újabb motorja (1839) (≈1kW) 4 km /h sebességgel hajt egy csónakot Robert Davidson (1839) – első villamos mozdony 1840 – Davenport motorja (≈1,5kW) 1851 – Page motorjának teljesítményét ≈4kW-ról ≈20kW-ra növeli, amivel egy 10 tonnás mozdonyt hajt, melynek maximális sebessége 30km/h 1854 – Page egy 12 tonnás mozdonyt hajt A kezdeti gépek legfőbb probléma az áramforrás volt, ami egy korabeli tanulmány szerint 25-ször drágább volt, mint maga a motor.
Werner Siemens (1856) – feltalálja a generátort
Ő az első aki a tekercselést hornyokba helyezi el.
1861 – Jedlik Ányos kimondja a dinamóelvet (öngerjesztés elve) 1867 – Öngerjesztésre vonatkozó szabadalmát bejelenti Siemens soros és Wheatstone sönt gerjesztésű dinamója kapcsán Zénobe Théophil Gramme (1871) – gyűrűs armatúra Siemens-nél az armatúra miatt pulzáló egyenáramot kaptunk, és erre volt megoldás Gramme gyűrűs armatúrája
Friedrich von Hefner-Alteneck (1872) – dobtekercselés – lemezelés vezetékekből Auguste Pellerin (1873) – lemezlés (javasolja, hogy a tömör vasmagot osszák fel önmagukban elszigetelt lemezekre az örvényáram csökkentése miatt)
Az első generátorok (dinamók) egyenáramot állítottak elő, melynél nehéz volt a feszültségszint változtatása és a nagy távolságra történő továbbítás. Kezdetben a különféle gyárak, cégek más-más feszültségszintet használtak, például: Charles Brush – New York ívlámpa rendszere 10000V-os volt Thomas Edison izzólámpái 110V-ról üzemeltek Frank Sprague trolimotorja 500V-os tartományban üzemelt
Marcel Deprez (1882) – energiaátvitel első kísérletei (Miesbach-tól Müchen-ig (57km) 1,5kW, 2kV, egy 0,5Le-s szivattyút táplált a Müncheni Villamos Kiállításon)
1883-ban Grenoble-ban (Franciao.) már több mint 5kW-ot továbbított René Thury folytatta a kísérleteket, melyek megmutatták, nagy távolsághoz nagy feszültség kell. Az átvitel nehézségeinek áthidalására javasolta , az átvitel feszültségének növelésére a termelői és fogyasztói oldalon is kössenek sorba több generátort és motort.
1889 - Gorzente folyón lévő vízturbináról táplálta Genoa-t (6 kV) 1897 - La Chaux-de-Fonds-ban (14 kV) 1899 - St-Maurice és Lausanne-ban (22 kV, 3.7 MW) 1906 - Lyon-Moutiers projekt (végső kapacitás: 20 MW, 125 kV, 230 km)
A váltakozó áram térhódítása eleinte lassan haladt, - még nem ismert jelenségek léptek fel - vállalatok lobbija
Pavel Nikolayevich Yablochkov „gyertyái„ (ívlámpái) (1876) voltak az első váltakozó áramú alkalmazások. A lámpákhoz a váltakozó áramot szolgáltató generátort Gramme üzemében készítették Yablochkov tervei alapján, melyet a mai szinkron generátor előfutárának lehet tekinteni. A „gyertyák” független kapcsolása miatt Yablochkov egy indukciós tekercset alkalmazott, melynek nyitott vasmagja és két egymástól elszigetelt tekercse volt.
Lucien Gaulard and John Dixon Gibbs (1883) – szabadalmaztatják a szekunder generátor nevű berendezést (lényegében semmi újat nem tartalmaz Yablochkov berendezéséhez képest) Berendezésüket 1883-ban Londonban 1884-ben Turinban mutatják be A turini bemutatón jelen van Bláthy Ottó Titusz
Zipernowsky Károly és Déri Miksa (1885 január 2.) –
nagyfeszültségű energia kisfeszültségre történő alakítása párhuzamosan kapcsolt transzformátorokkal szabadalom Bláthy, Déri, Zipernowsky (1885 február) – a zárt köpeny- és magtípusú transzformátor szabadalma
Nikola Tesla és Galileo Ferraris (1885) – elkészül az első aszinkron gép (kétfázisú)
Charles Schenk Bradley (1887-1889) – többfázisú generátorok vizsgálata (Nem ültette át találmányait a gyakorlatba)
Friedrich August Haselwander (1887-1888) – háromfázisú váltakozó áramú rendszer ötlete – első háromfázisú szinkron generátor
Michael Dolivo-Dobrowolsky (1889-1891) - háromfázisú kalickás aszinkron gép (kétkalickásat is) - háromfázisú transzformátor - háromfázisú energia elosztó rendszer - világ első háromfázisú vízerőműje - csúszógyűrűs aszinkron gép indító ellenállással
Charles P. Steinmetz (1892) –a váltakozó áram matematikai háttere (hiszterézis, váltakozó áram állandósult és tranziens elmélete)
MENETREND Hét
Dátum
Cím
1. hét
09. 02.
elmaradt
2. hét
09. 09.
Bevezető
3. hét
09. 16.
Mágneses körök
4. hét
09. 23.
Transzformátor
5. hét
09. 30.
Energia átalakítása, egyenáramú gép
6. hét
10. 07.
Aszinkron gép
7. hét
10. 14.
Aszinkron gép
8. hét
10. 21.
elmarad
9. hét
10. 28.
Szinkron gép
10. hét
11. 04.
Villamos energia termelése, átvitele, és berendezései
11. hét
11. 11.
Kisfeszültségű hálózat méretezése, teljesítménytényező javítása
12. hét
11. 18.
Gyűjtősin, szabadvezeték, kábel méretezés. Túlfeszültségvédelem
13. hét
11. 25.
Elektrotechnika jövője, korszerű alkalmazások
14. hét
12. 02.
ZH
Házi feladat I. HF kiadása
I. HF leadása ZH
(I. HF javítás) II. HF kiadása
ZH
II. HF leadása (II. HF javítás)
pótZH / Elővizsga
