Transformatorul

Un transformator este o mașină electrică care transferă energie electrică dintr-un circuit (primarul transformatorului) în altul (secundarul transformatorului), funcționând pe baza legii inducției electromagnetice. Un curent electric alternativ care străbate înfășurarea primară produce un câmp magnetic variabil în miezul magnetic al transformatorului, acesta la rândul lui producând o tensiune electrică alternativă în înfășurarea secundară.
Functia:
În circuitele și rețelele electrice, transformatorul realizează transfer de energie (electrică) dintr-un circuit (rețea) de anumiți parametri - tensiune U, curent I, rezistență R - , în energie electrică cu alți parametri (valori) de circuit, în condițiile unei separări (izolări) galvanice între cele două circuite (rețele) electrice. Practic se acceptă, că energia electrică obținută la ieșire, în circuitul (circuitele, dacă sunt mai multe) secundar este aproximativ egală cu cea de la intrare, din circuitul primar. Totuși în calcule de proiectare pierderile de energie (din transformator) sunt luate în considerație.
Principiul de functionare:
Presupunem că ambele circuite ale transformatorului au spirele înfășurate în același sens și că au N₁ respectiv N₂ spire. Transformatorul se consideră că funcționează în gol (i₂=0, adică circuitul secundar este deschis). Dacă se aplică transformatorului tensiunea alternativă u₁ de valoare efectivă U₁ în primar apare curentul de intensitate i₁ și valoare efectivă I₁. Acesta, conform legii Biot-Savart, dă naștere unui flux magnetic alternativ având valoarea instantanee Φ = Φ_mcos ωt. Acest flux variabil care străbate spirele ambelor înfășurări face să apară în cele N₁ spire ale primarului o t.e.m. de autoinducție.
Pierderi in transformator:

• Pierderi în circuitul magnetic – nu tot fluxul magnetic trece prin miezul magnetic al transformatorului. În plus, circuitul magnetic nu se comportă perfect liniar, ci are histerezis.
• Pierderi în înfășurări – prin efect Joule.
• Curenții turbionari – induși în miezul magnetic, care este un material conductor.
• Magnetostricție.

Aplicatii:

Principala utilizare este la transportul energiei electrice pe distanțe mari, prin implementarea liniilor de înaltă tensiune (zeci sau sute de kilovolți). Aceasta este necesar din rațiuni economice. La capătul de aplicare (intrare) a energiei se folosesc transformatoare ridicătoare de tensiune, iar la destinație energia se transmite linilor de joasă tensiune prin intermediul unor transformatoare coborâtoare de tensiune electrică. Prin folosirea unor tensiuni înalte și foarte înalte se scade curentul prin linie la valori care reduc pierderile prin efect Joule la un nivel rezonabil, astfel nefiind necesară utilizarea unor conductoare cu secțiuni sensibil mai mari, care ar ridica costul construcției și conservării linilor electrice de transport de energie.

Puterile in curent alternativ

1.Puterea activa

Puterea medie (in timp) transferata unei portiuni de circuit se numeste putere activa:

p=U_mI_m [cos(φ)-cos(2ωt-φ) ]/2
P=UIcos φ (3)

Ecuatia unitatii de masura este:

(p) = (u)(I)(cos φ) = V• A•l = W (watt)

Pentru un circuit serie, puterea activa (relatia 3) se poate scrie sub forma:

P =UIcosφ=URI =Rl²

adica puterea activa coincide cu puterea disipata prin efect Joule pe rezistor.

Pentru un circuit paralel, se obtine:

P =UIcosφ=UI_R =RnU_L

adica, si in acest caz, puterea activa coincide cu puterea disipata prin efect Joule pe rezistor.

2.Puterea reactiva

Puterea reactiva

Puterea reactiva prin definitie este produsul dintre valoarile efective ale tensiunii si intensitatii si sinusul unghiului de defazaj dintre tensiunea instantanee de la bornele circuitului si intensitatea instantanee a curentului din circuit.

P_R = U·I·sinφ   (VAR) sau (\AR)   1)

P_R = (1/2)U_m·I_m·sinφ

Puterea reactiva este o marime legata de energia care se acumuleaza in elementele reactive ale circuitului L, C. In bobina de inductanta L se acumuleaza energia reactiva sub forma de energie a campului magnetic, iar in condensator sub forma de energie a campului electric. Spre deosebire de puterea activa care se pierde sub forma de caldura, puterea reactiva se conserva sub forma de energie a campului magnetic sau electric, asociate bobinei de inductanta L, respectiv condensatorului de capacitate C si aceasta putere reactiva poate fi cedata integral generatorului in alte momente de timp fata de cele in care s-a acumulat.

Puterea reactiva este puterea oscilanta intre generator si sarcina sau receptor (circuitul alimentat) a puterii totale asociate generatorului.

In functie de unghiul de defazaj exista urmatoarele situatii:

- φ = 0, este cazul unui circuit format numai din rezistor sau la rezonanta cand X_L = X_C, P_R = 0 . Puterea activa este maxima.

- φ = π/2, circuitul este format numai din bobina ideala. Puterea reactiva este maxima inmagazinata in campul magnetic, iar puterea activa este nula.

- φ = - π/2,circuitul este format numai din condensator. Puterea reactiva este maxima inmagazinata in campul electric, iar puterea activa este nula.

3.Puterea aparenta

Se numeste putere putere aparenta sau totala produsul dintre valoarea efectiva a tensiunii dela bornele circuitului si intensitatea efectiva a curentului stabilit in circuit.
P_a = U·I    (VA) sau (\A)   2)
P_a = (1/2)U_m·I_m
Defazajul joaca un rol important in regimul energetic al circuitului. Puterea cea mai importanta este puterea activa deoarece numai aceasta putere poate fi transformata in alte forme: caldura,energie mecanica sau de radiatie (propagarea campului electromagnetic)
Din expresia puterii active
P = U·I·cosφ
rezulta marimea cosφ care dicteaza valoarea puterii active, cosφ se numestefactor de putere In toate instalatiile energetice (generator-consumator) se urmareste ca factorul de putere sa fie cat mai mare, cat mai aproape de unitate, in asa fel incat sa se utilizeze la maxim capacitatea generatorului, iar pierderile de putere in circuit sa fie minime.

Se poate stabili o legatura intre cele trei puteri:

P = U·I·cosφ
P_R = U·I·sinφ
P_a = U·I
P = P_a·cosφ
P_R = P_a·sinφ
P_a = √P² + P_R²
Intr-un circuit electric dat puterea aparenta este egala cu suma patratelor dintre puterea activa si reactiva.

Curentul Alternativ

Curentul alternativ este un curent electric a cărui direcție se schimbă periodic, spre deosebire de curentul continuu, al cărui sens este unidirecțional. Forma de undă uzuală a curentului alternativ este sinusoidală. A fost descoperit de către Nikola Tesla în 1892.

Curentul alternativ apare ca urmare a generării unei tensiuni electrice alternative în cadrul unui circuit electric prin inducție electromagnetică. Forma alternativă (sinusoidală) a tensiunii/curentului este modul uzual de producere, transport și distribuție a energiei electrice.Deoarece în anumite rețele, în special de înaltă tensiune, neutrul nu este accesibil (sau chiar nu există), liniile trifazate sunt identificate după tensiunea de linie, adică tensiunea dintre oricare două faze. Aceasta este de radical din 3 mai mare decât tensiunea de fază.În cazul rețelelor de distribuție casnică din România tensiunea de linie este 400V iar cea de fază este de 230V curent alternativCurentul (alternativ) trifazic este un curent schimbător format prin înlănțuirea/împletirea a trei curenți variabili ale căror tensiuni sunt, permanent, reciproc defazate cu câte 120°(2П/3). Caracteristic pentru sistemul trifazic (împletirea celor trei curenți) este permanenta sumă "zero" a lor, fapt ce dă posibilitatea folosirii pentru transportul energiei electrice trifazice (trifazate) a doar trei conductori, numiți conductori de fază. Există tehnic și sistem de transport trifazic cu patru conductori în care cel de al patrulea conductor numit "conductor de nul" sau "neutru" nu este parcurs de curent (are tensiune electrică zero). Acest 4conductori-sistem se numește uzual: sistem trifazic "în stea". Specific pentru el este că tensiunea efectivă între oricare dintre conductorii de fază și cel neutru (U.deF.) este mai mică decât tensiunea electrică efectivă (U.deL.) dintre cei trei (luați evident în mod pereche). Această relație se citește uzual: tensiunea de fază (UdeF) este mai mică decât tensiunea de linie (UdeL). În sistemul casnic trifazic din România UdeF=230V iar UdeL=400V, iar conductorii de fază sînt denumiți R, S și T și (unde există) cel neutru N.

Nikola Tesla-Inventator si fizician

Nikola Tesla (Никола Тесла, n. 10 iulie 1856, satul Smiljan, în apropiere de Gospić, Croatia, pe atunci în Imperiul Austro-Ungar - d. 7 ianuarie 1943,New York) a fost un inventator, fizician, inginer mecanic si inginer electrician și unul dintre promotorii cei mai importanți ai nașterii electricității comerciale. Tesla este considerat ca fiind unul dintre cei mai mari oameni de știință ai sfârșitului de secol 19 și începutului de secol 20.Invențiile, precum și munca teoretica ale lui Tesla au pus bazele cunoștințelor moderne despre curentul alternativ, puterea electrică, sistemele de curent alternativ, incluzând sistemele polifazice, sistemele de distribuție a puterii și motorul pe curent alternativ, care au determinat cea de-a doua Revoluție Industrială.

Tesla era etnic sârb, s-a născut în satul Smilijan, în Imperiul Austro-Ungar (actual Croația). Era cetățean al Imperiului Austriac prin naștere și mai târziu a devenit cetățean american. Prin demonstrația lui de comunicare fără fir prin intermediul undelor radio în 1894 și după victoria în "războiul curenților", a fost recunoscut ca fiind unul dintre cei mai mari ingineri electricieni ai S.U.A. Mare parte din munca sa inițială a fost pionierat în ingineria electrică modernă și multe dintre descoperirile lui au fost de foarte mare importanță. În toată această perioadă, în Statele Unite faima lui Tesla rivaliza cu a oricărui inventator sau om de știință al vremii, dar din cauza afirmațiilor sale aparent incredibile și în unele cazuri aproape neverosimile despre dezvoltarea invențiilor și inovațiilor științifice și tehnologice, Tesla a fost în final etichetat drept un om de știință nebun.

Amprenta lui Tesla poate fi observată în civilizația modernă oriunde este folosita electricitatea. Pe lângă descoperirile sale despre electromagnetismși inginerie, Tesla este considerat un pionier în domeniile roboticii, balisticii, știință calculatoarelor, fizicii nucleare și fizicii teoretice. Tesla consideră cercetarea diferitelor întrebări ridicate de către știință drept cea mai nobila metoda de îmbunătățire a condiției umane cu ajutorul principiilor științei și progresului industrial și una care sa fie compatibila cu natura. Totuși, o parte din munca să a fost ultilizata într-un mod mai puțin ortodox și într-un mod controversat, pentru a susține pseudo teorii științifice, teorii despre OZN-uri și ocultism-ul New Age.

Cu numele sau a fost botezata unitatea de măsură a inducției magnetice din Sistemul Internațional (1 Tesla = 1T).

Inventii:

• Curentul alternativ (CA)(1882)
• Radioul
• Becul fara filament sau lampa fluorescenta
• Principiile teoretice ale radarului
• Sisteme de propulsie prin medii electromagnetice(fara a fi necesare parti mobile)
• Rețele de curent alternativ cu una sau trei faze
• Generator și motor cu mai multe faze
• Tehnologia de transmisie fără fir (wireless) și telecomanda (1898)
• Circuitul de înalt voltaj “Tesla Coil” (1891)
• Motorul de inducție (1887)
• Submarinul electric
• Studii asupra razelor X
• Principiul de funcționare ale motoarelor reactive
• Teoria dinamicâ a gravitației
• Câmpul de propulsie anti-electromagnetic sau propulsia spatialâ(brevetul #6,555,114 din 1928)
• Undele gravitaționale
• Bobina tesla
• Energia liberă
• Începuturile HAARP
• Generatorul de cutremure
• Raza morții
• Plăcile de energie violetă sau pozitivă
• Electroterapia
• Bobina bifilară
• Principiul de decolare a avioanelor dintr-un punct fix
• Conceptul vehiculelor electrice

 

Relatia cu Edison:

Determinarea lui Tesla în a demonstra superioritatea curentului alternativ asupra curentului continuu al lui Edison a generat ceea ce se cunoaște drept "războiul curenților". În 1893 s-a organizat în Chicago o expoziție publică a curentului alternativ, demonstrându-se superioritatea acestuia asupra curentului continuu al lui Edison. În același an, Tesla a reușit să transmită energie electromagnetică fără cabluri, construind primul radiotransmițător. A prezentat patentul acestuia în 1897, doi ani după, Guglielmo Marconi reușind primă transmisie radio. Marconi a înregistrat patentul în 10 noiembrie 1900 și i-a fost refuzat, considerându-se o copie a patentului lui Tesla. A început astfel un litigiu între compania lui Marconi și cea a lui Tesla. După ce a studiat mărturiile mai multor proeminenți oameni de știință, Curtea Supremă de Justiție a Statelor Unite ale Americii a hotărât în 1943 că dreptatea era de partea lui Tesla(deși numeroase cârti îl menționează, încă, pe Marconi drept inventator al radioului). 

La finalul secolului XIX, Tesla a demonstrat că folosind o rețea electrică de rezonantă și ceea ce în acel timp era cunoscut drept "curent de înalță frecventă" (azi se consideră de joasă frecventă), era nevoie doar de un conductor pentru a alimenta un sistem electric, fără a fi necesar niciun alt metal sau conductor de pământ. Tesla a denumit acest fenomen "transmisia de energie electrică prin intermediul unui singur cablu fără întoarcere". A conceput și proiectat circuitele electrice rezonante formate dintr-o bobina și un condensator, esențiale pentru emisia și recepția de unde radioelectrice, grație fenomenului de rezonantă. Ceea ce de fapt crea și transmitea erau unde electromagnetice, plecând de la alternatoare de înalță frecventă, doar că nu le-a aplicat la transmisia de semnale radio cum a făcut Marconi, ci doar a încercat să transmită energie electrică la distantă fără cabluri. Tesla a afirmat în 1901: "Acum vreo 10 ani, am recunoscut faptul că pentru a transportă curent electric la distante mari nu era deloc necesar să folosesc un cablu de întoarcere, ci că oricare cantitate de energie ar putea fi transmisă folosind doar un cablu. Am arătat acest principiu prin numeroase experimente care, în acele momente au atras o atenție considerabilă a oamenilor de știință".

Totuși, Edison încă încercă să impiedce teoria lui Tesla prin intermediul unei campanii prin care să arate populației cat de periculoasă era folosirea acestui tip de curent, drept pentru care, Harold P. Brown, un angajat al lui Edison, contractat pentru investigarea electrocutării, a inventat scaunul electric.

În primăvară anului 1891, Tesla a realizat demonstrații cu diverse mașini la Institutul American de Inginerie Electrică la Universitatea din Columbia. A demonstrat cu aceasta ocazie că toate tipurile de aparate puteau fi alimentate prin intermediul unui cablu unic, fără un conductor de întoarcere. Acest sistem de transmisie a fost protejat în 1897 cu patentul U.S.0,593,138.

La Cascada Niagara s-a construit primă centrală hidroelectrică datorită descoperirilor lui Tesla în 1893, reușind în 1896 să transmită electricitate orașului Buffalo, New York. Cu sprijinul financiar al lui George Westinghouse, curentul alternativ l-a înlocuit pe cel continuu. Tesla a fost considerat de atunci înainte fondatorul industriei electrice.

În 1891 a inventat bobina Tesla.

În onoarea să, se denumește "Tesla" unitatea de măsură a câmpului magnetic în Sistemul internațional de unități.

Thomas Alva Edison-Fizician

Thomas Alva Edison (n.11 februarie 1847- d.18 octombrie 1931) a fost un important inventator și om de afaceri american a sfârșitului de secol XIX și început de secol XX. A fost cunoscut și ca "Magicianul din Menlo Park", fiind și cel mai prolific inventator al timpului prin aplicarea practică a descoperirilor științifice (1903 brevete). Este un autodidact, însă acest lucru nu l-a împiedicat să realizeze invenții în domeniul electricității (becul cu filament), telefoniei, al sistemului de transmisie multipla a telegramelor, înregistrării mecanice a sunetului (fonograful) și cinematografiei - kinetoscopul.

În lumea industriei introduce noțiunea de producție de serie.

Pentru meritele sale, Academia Americană de Arte și Știință îi acordă în anul 1895 "Premiul Rumford" pentru activitatea din domeniul electricității și în anul 1915 "Medalia Franklin" pentru contribuția sa pentru binele umanității.

Edison s-a născut în Milan, Ohio, Statele Unite ale Americii și și-a petrecut copilăria în Michigan. A fost parțial surd din adolescență, ceea ce nu l-a împiedicat să devină operator de telegraf în anii 1860. Primele invenții ale lui au fost legate de telegraf. În adolescența sa, Edison a lucrat și în alte domenii, vânzând mâncare și bomboane călătorilor prin trenuri. Primul său brevet de invenție a fost obținut pentru mașina electromagnetică de înregistrat voturi în 28 octombrie 1868.

Inventii:

Inventează și experimentează în 1872 sistemul telegrafic duplex prin care se transmit simultan, pe același fir, două telegrame în sensuri contrare.

În anul 1877 inventeaza fonograful, primul aparat de înregistrat sunete și totodată de redarea lor.

În anul 1878 perfecționează telefonul lui Alexander Graham Bell (amplifică vocea cu ajutorul curenților de inducție) și, folosind microfonul inventat de Hughes, brevetează telefonul cu bobină de inducție și microfon cu cărbune, căruia îi adaugă apoi soneria electrică de apel.

Monedă comemorativă pentru invenţia becului electric (faţa)

Monedă comemorativă pentru invenţia becului electric (reversul)

În anul 1879 inventează becul cu incandescență. iar în anul 1880 realizează prima distribuție de energie electrică instalând o centrală electrică pe pachebotul transatlantic "Columbia", prima navă iluminată electric.

În anul 1880 propune un proiect pentru folosirea tracțiunii electrice pe calea ferată.

În ziua de 4 septembrie 1882 la New York, Thomas Alva Edison punea în funcțiune prima centrală electrică care alimentează clădirile unui oraș.

În anul 1883 descoperă efectul care îi poartă numele, efectul Edison, care se referă la emisia de electroni de către metalele încălzite, cunoscut ca fenomenul deemisie termoelectrică. Descoperă acest fenomen întâmplător: introducând într-un bec cu incandescență o mică placă metalică observă că un galvanometru din circuit indică trecerea unui curent electric dacă placa era legată la polul pozitiv al sursei de alimentare și rămanea la zero dacă placa era legată la polul negativ al sursei de alimentare. Nu i-a acordat vreo importanță pe moment, dar l-a notat totuși. Fenomenul a fost studiat și dezvoltat ulterior de fizicianul John Ambrose Fleming, punându-se astfel bazele electronicii .

În anul 1892 inventeză un aparat de luat vederi pentru obiecte sau oameni în mișcare, care folosea o bandă de celuloid de 35 mm cu perforații pe margine. Primele încercari, efectuate în laborator, au fost executate cu ritmul de 15 imagini pe secundă, care pe moment nu au dat rezultate satisfăcătoare.

În anul 1894 inventează kinetoscopul, primul aparat care putea reda imagini în mișcare, cu o frecvență de 45 de imagini pe secundă, dar acest aparat nu permitea decât vizionarea filmului decât de o singură persoană. Aparatul folosea benzi de film perforate pe margini, unde imaginile luminate prin transparență puteau fi urmărite printr-o lentilă. Primul "spectacol" public a avut loc într-o sală de pe Broadway, după care aparatul a fost construit în serie și comercializat.

În anul 1912 realizează un prototip de cinematograf sonor, combinând cinematograful propriu-zis cu fonograful. Rezultatele au fost mai mult spectaculoase decât satisfăcătoare.

În anul 1914 perfecționează acumulatorul alcalin cu plăci de fier și de nichel introduse în soluție apoasă de hidroxid de potasiu sau de sodiu ca electrolit, inventat degermanul Jungner în 1901.