高中物理 第4章 远距离输电 第2节 变压器 高兰德;吉布斯二次发电机素材 鲁科版选修3-2

高中物理 第4章 远距离输电 第2节 变压器 高兰德;吉布斯二次发电机素材 鲁科版选修3-2

高兰德—吉布斯二次发电机 ‎ ‎19世纪80年代后，交流电进入人类社会生活，变压器的原理也为许多人所了解，人们自然而然想到将变压器用于实际交流电路中。在这方面迈出第一步并做出重大贡献的是法国人高兰德(L.Gauland,1850～1888)和英国人吉布斯(J.D.Gibbs)。‎1882年9月13日，它们在英国申请了第一个感应线圈及其供电系统的专利(№.4362)，他们称这种感应线圈为“Secondary generator”(二次发电机)。图1为高兰德—吉布斯二次发电机原理图，原边线圈数与副边线圈数之比为1∶1，原边线圈串联，而副边线圈均分为数段，分别与电灯1相连。高兰德—吉布斯二次发电机(变压器)是一种开路铁心变压器，它通过推进、拉出铁心来控制电压，原边线圈他们仍坚持采用串联(虽然麦克斯韦在1865年就证明，原边线圈如果采用串联，副边电压就不能单独控制)。‎ 图1  高兰德—吉布斯二次发电机原理图 ‎1—电灯  2—开关  3—交流电源 ‎1882年10月7日，他们制成了第一台3000V/100V的二次发电机，1983年又制成一台容量约5kVA的二次发电机在伦敦郊外一个小型电工展览会上展出表演。当年，他们为伦敦市区铁路提供了几台小型变压器(图2)。1884年，他们在意大利都灵技术博览会上展出了 图2  高兰德—吉布斯二次发电机(1883年)‎ 他们的变压器，并表演了交流远距离输电。采用开磁路变压器串联交流输电系统，将30kW、133Hz的交流电输送到‎40km远处。当年他们还售出了几台类似的变压器，其中图3为售给意大利物理学家费拉里斯(G.Ferraris,1847～1897)的实验用变压器。该变压器铁心为铁丝组成的开路铁心，原边线圈由‎0.25mm厚铜片绕成的445个环(匝)组成，但它们在高度方向 图3  高兰德—吉布斯二次发电机(1884年)‎ 分成4段，通过正前方的塞子将副边线圈的4段串联或并路，从而改变副边的输出电压。图4为另一种高兰德—吉布斯二次发电机，这台二次发电机可以通过调节输出电压而改变输出功率的大小。 图4  高兰德—吉布斯二次发电机 ‎1884年3月4日‎，高兰德和吉布斯在美国申请第一个有关开路铁心变压器的专利(№.297924)—“产生和利用二次电流的装置”(图5)；‎ ‎1885年，高兰德和吉布斯受岗茨工厂变压器的启发，研究采用闭路铁心结构的变压器。‎1886年3月6日，他们在美国申请有关闭合磁路变压器的专利(№.351589)。图6为1886年制造的闭路铁心式高兰德—吉布斯二次发电机。‎ 图5  高兰德—吉布斯在美国申请的第一个变压器专利(№.297924)的附图 图6  高兰德—吉布斯闭路铁心式二次发电机(1886年)‎