液压恒压网络系统中液压变压器的发展历程

压力变送器的发展历史压力传感器是一种把非电量转变成电信号的器件，一般是包括传感器、检测点取样设备及放大器（进行抗干扰处理及信号传输），电信号一般为连续量、离散量两种，实际上还可分成模拟量、开关量、脉冲量等，模拟信号传输采用统一信号（4-20mADC等）。

压力变送器作为现代工业控制自动化中重要的设备之一，其发展历史可以追溯到70多年以前。

在1947年，以双极晶体管的发明为标志，越来越多的人开始关注其半导体这一性质特殊的材料，但其实早在1945年，C.S.史密斯就已经对这种材料展开了几位细致的深入研究，发现了硅与锗结合而产生的奇妙现象-压阻效应。

当有外力作用于半导体材料时，其电阻将明显发生变化。

依据此原理支撑的压力传感器一直发展到今天，依旧占据着压力变送器界的统治地位，绝大部分压力变送器还是采用着硅压阻式原理，但比当初的压阻芯片还要更小，更坚固，更准确。

从1960年开始，压力变送器的芯体制造工艺得到了长足发展，技术人员在硅晶面上制作应变电阻，然后将硅芯体的背面加工成凹形，形成了较薄的硅弹性膜片，称为硅杯。

这种形式的硅杯传感器就是现在扩散硅芯体的雏形，它具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点，虽然在当时的制造较为困难，但这一发明为商业化发展提供了可能。

1970年开始，扩散硅的芯体制造技术开始蓬勃发展，应用了硅的各项异性腐蚀技术，压力芯体的制造进入了自动化阶段。

随后又陆续出现了V形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。

而且由于都是采用腐蚀的加工技术在多个表面同事进行加工，数千个硅压力芯体的同时生产实现了产品成本的进一步降低。

2000年前后，对于芯体的改进已经陷入停滞，但随着微处理芯片的性能的提高和成本的下降，压力变送器开始在智能化的方向上发展，温度补偿，信号去噪，灵活组态，越来越多的压力变送器处理电路在测量和辅助人员操作等方面发挥着积极作用。

中国变压器发展历史概述中国变压器发展历史概述引言：变压器是电力传输和配电系统中不可或缺的设备，它的出现和发展为电力产业的进步和发展做出了巨大的贡献。

本文将对中国变压器的发展历史进行概述，从早期的简单变压器到现代化高技术水平的变压器制造业，探讨中国在这一领域的成就和进展。

第一部分：早期的简单变压器早期，中国电力产业的发展相对较慢。

20世纪初，大部分的电力系统还只是简单的局部供电网络，变压器的使用也相对有限。

然而，随着中国工业的迅速发展，对电力的需求急剧增加，也催生了变压器技术的进步和发展。

最早期的变压器是基于简单的原理设计的，主要用于电力的传输和分配。

这些变压器通常由铁芯和线圈组成，通过变换电流的电压来实现对电力的传输和转换。

然而，由于当时的技术水平和材料限制，这些早期的变压器存在着体积庞大、效率低下和损耗大的问题。

第二部分：现代化的变压器制造业的发展随着技术的不断进步，中国的变压器制造业逐渐实现了现代化的发展。

首先，材料和制造工艺的改进使得变压器的体积和重量得到了显著减小。

新材料的应用和高效的线圈设计使得变压器的效率得到了大幅提高，降低了能源损耗，节约了电力资源。

其次，先进的技术和生产设备的引入，使得中国的变压器制造业能够生产高品质的变压器产品。

自动化生产线和质量控制系统确保了产品的一致性和可靠性。

中国的变压器制造企业还注重研发和创新，不断推出符合市场需求的新产品和解决方案。

第三部分：中国变压器行业的国际竞争力如今，中国的变压器制造业已经成为全球范围内领先的产业之一。

中国的变压器制造企业在技术水平、生产能力和产品质量上都取得了巨大的进步。

首先，中国的变压器制造企业凭借先进的技术和经验积累，设计和生产出了一系列高性能、高可靠的变压器产品。

这些产品具有较高的效率、较低的能耗和较长的使用寿命，得到了国内外市场的广泛认可。

其次，中国的变压器制造企业通过不断提升自身的竞争力，成功进军国际市场。

它们与国际大型能源公司合作，参与国际电力项目，并成功竞标了多个国际项目。

液压技术的作用与发展趋势本文将从当今的一些研究成果和未来的发展趋势对液压技术做一个详细的介绍,其中包括了液压技术的现状、流体传动的控制理论、液压技术的发展动向和展望。

1 液压技术的现状现代意义上的液压技术一般认为是18世纪末出现,1795年英国制造了世界第一台工业设备水压机。

19世纪末,德国已制造出液压龙门刨,美国也造出了液压六角车床和液压磨床,但当时原件不成熟,液压技术没有得到广发的发展。

而液压传动技术作为近代工业的一个重要分支得到大发展,应该硕士20世纪的事情。

2 液压技术的相关内容2.1 液压组件运用液压取得的成效有以下几点。

(1)组件结构的微型化转变。

组件结构的微型化转变,是得电磁阀门所需要的功率大大减小,更加的适合了机械的运转,同时还能够降低用电耗量。

组件功能自身存在的多样化,运用在过程当中,使得其他机械的运转更加的灵活便捷。

(2)节能化。

变量泵已经相对较为广泛应用。

就当前的变量技术上的技术采用方面,已经设计了相当多的变量定律的使用。

降低能量的损耗以及增长使用生命周期也是必须探讨的问题之一。

当前的变频操作已经备受关注和肯定。

经过能量守恒来实现能量之间的相互调转功能是一直以来的设想。

并且应当受到一直的研究探讨。

(3)新原料的投入。

新材料如陶瓷技术的使用是与非矿物组件元素的本身以及摩擦力生命周期相互作用的。

目前,在欧洲以及美国等发达地区已经广泛采用了这项项目。

新型的原料的加入是对电磁阀、比例阀性质的提高起决定性的作用的。

由于电磁阀性能的提高,可以使阀的推力更大,直接使得阀门所能操控的工作量更大,效率更高,功能也更加具有表现力。

2.2 系统集成与控制技术(1)比例阀技术。

比例阀的发展主要在频宽的增大及控制精度的提高上,以期性能接近伺服阀。

同时,比例阀又沿着标准化、模块化及廉价的方向发展,以促进其应用。

前者如Bosch的带位置反馈的比例伺服阀,其性能已很接近电液伺服阀的性能。

后者如螺纹插装式比例阀,在某些工程机械中得到了运用。

液压变压器的发展研究与展望摘要液压技术是现代化传动与控制的关键技术之一,在国民经济中起着重要的作用。

由于液压传动没有机械传动、电力传动效率高，在竞争中处于劣势：液压传动必须寻求新的液压系统结构和液压元件来提高效率，恒压网络二次调节系统是近年来发展起来的一种新型液压系统，它具有高效、结构简单等诸多优点。

液压变压器是在恒压网络下发展起来的一种新型压力流量控制元件，集泵和马达功能为一体，按负载需要实现液压系统压力的调节。

与传统的阀控压力比较，它具有效率高、结构简单、可实现多负载独立控制等优势，在工程机械、矿山机械等多负载系统中有广泛应用前景，已成为国内外液压行业压力控制元件研制的热点。

关键词：液压变压器，新型液压变压器，恒压网络，展望目录液压变压器的发展研究与展望前言：液压变压器是在液压系统中用来实现压力改变的液压元件，是随着恒压网络二次调节技术的发展而产生的。

新型液压变压器是相对于传统液压变压器而言。

传统液压变压器是将液压泵和液压马达通过联轴器机械连接组成的；新型压变压器是巧妙地将液压泵和液压马达功能集成与一体而构成的。

新型液压变压器具有结构简单、体积小、效率高、惯性小、动态响应快。

在液压系统中可以无节流损失地控制负载运动，还可用于回收负载的能量，应用前景十分广阔。

因此，国内外众多的研究机构开展了新型液压变压器的研究工作。

1传统型液压变压器变压原理液压变压器是一种可以把给定压力下的输入液压能高效率地转换为另一种压力下的输出液压能的转换和传递元件，是将非变量执行元件连接到准恒压网络下应运而生的，使用它可以实现多负载在准恒压网络中互不相关的控制，还会使能量逆向流动。

作为一种能同时控制压力和流量变化的能量控制元件，液压变压器具有如下特征（1）它能将液压系统压力按负载需要无节流损失地调整为任意值。

（2）变压过程是双向的，可以向负载输出能量，也可以从负载向蓄能器回收能量。

（3）作为压力放大器使用，产生较油源压力高得多的输出压力。

液压控制发展历程及趋势液压控制技术是一门新兴的科学技术，它是液压技术的一个重要分支，也是自动控制技术的一个重要分支。

目前，液压控制技术已成为一项重要的机电液一体化技术，它融合了控制理论、液压技术、电子技术、计算机技术、仿真技术、机械技术等等，不同领域的设计理论与技术在液压控制技术中汇集、衔接、交融、综合成一项技术。

1.4.1 发展历程液压控制技术的发展历程中可以看到液压技术的发展影像，也可看到控制技术等的发展痕迹，更重要的是液压控制技术发展过程自然地体现了多学科多领域技术融合的过程。

下面列举液压控制技术发展过程中的一些重要历史事件，它们可以描绘出液压控制技术的发展历程。

公元前240年，在古埃及出现了人类历史上第一个液压反馈系统——水钟。

换个角度看，公元前200多年阿基米德（Archimedes）关于浮力的论述实际上是液体压强（压力）的理论研究成果。

1650年，帕斯卡提出了帕斯卡原理。

它描绘了静态液体中的压力传播规律。

1686年，牛顿揭示了粘性液体的内摩擦定律。

18世纪，流体力学的连续性方程被建立起来。

1795年，英国出现了世界上第一台水压机，液压传动开始进入工程领域。

1873年，伺服马达（servo motor）一词出现，它指用曲柄连杆反馈轮船舵机运动自动关闭舵机操纵助力蒸汽装置的反馈控制机构。

1877年，Edward John Routh 提出了线性定常系统稳定性判据。

1895年，Adolf Hurwitz 发表了线性定常系统稳定性判据。

1906年前，液压传动与控制技术应用于海军战舰炮塔的俯仰控制。

1914年前，液压伺服控制技术出现在海军舰艇舵机的操控装置上。

1932年，Harry Nyquist 发表了关于奈奎斯特判据的论文。

1934年，伺服机构（servomechanism）一词出现，Harold Locke Hanzen给出了定义：“一个功率放大装置，其放大部件是根据系统输入与输出的差来驱动输出的。

变压器发展历程变压器是一种重要的电力设备，经历了漫长的发展历程。

以下是变压器的主要发展阶段：第一阶段：早期实验变压器的概念最早出现在19世纪初，当时科学家们开始研究电能传输和变换。

英国科学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）在1831年发现了电磁感应现象，奠定了电磁学的基础。

此后，法拉第和其他科学家们进行了一系列实验，以探索电能的转换和传输方法。

第二阶段：实用化19世纪中叶，变压器的实用化工作取得了重大进展。

法国工程师赛瓦托·达尔塔（Sébastien Ferréol Darré）于1838年设计出了第一个可用的变压器原型，并成功将其应用于电力传输。

此后，德国工程师海曼·伏恩斯（Hermann von Helmholtz）和瑞典工程师托尔斯特·兰德斯特罗姆（Jonas Wenström）也分别提出了变压器的实际运用方法。

第三阶段：演进和改进20世纪初，变压器逐渐成为电力系统中不可或缺的组成部分。

随着电力需求的增长，对变压器的要求也越来越高。

德国工程师奥托·布鲁姆（Otto Blum）于1909年发明了自冷式变压器，解决了变压器冷却的问题，提高了功率传输效率。

此外，瑞士工程师乌戈·戈瓦尔特（Hugo Gouault）于1920年设计出了可调节的变压器，使电力系统可以根据需求进行调整。

第四阶段：现代化和智能化随着电力系统的现代化和智能化发展，变压器也在不断演化。

20世纪后期，数字化技术的应用使得变压器的监测、维护和控制更加精确和高效。

现代变压器采用了先进的数字信号处理和通信技术，能够实时监测功率传输和电压调整情况，提高了电力系统的稳定性和可靠性。

总的来说，变压器经历了从实验研究到实用化再到演进改进的过程，如今已经成为电力系统中必不可少的设备。

随着技术的不断进步，变压器仍在不断发展，以满足日益增长的电力需求。

第一章液压技术发展概述概述：液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。

自1795年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域，1906年开始应用于国防战备武器。

第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要发应快和精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服系统。

20世纪60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。

在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术得到普遍应用。

近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统，使液压技术的应用提高到一个崭新的高度。

目前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成话等方向发展；同时，减小元件的重量和体积，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机防真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果。

解放前，我国经济落后，液压工业完全是空白。

解放后，我国经济获得迅速发展，液压工业也和其它工业一样，发展很快。

20世纪50年代就开始生产各种通用液压元件。

当前，我国已生产出许多新型和自行设计的系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及其它新型液压元件等。

但由于过去基础薄弱，所生产的液压液压元件，在品种与质量等方面和国外先进水平相比，还存在一定差距，我国液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业技术的发展，可以预见，液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业部门中的用应，也将会越来越广泛。

技术创新对于提高国家、地方和企业的科技竞争力，实现可持续发展具有十分重要的意义。

20世纪80年代初，我国开始重视技术创新理论问题的研究，研究范围包括技术创新的模式、机制，技术创新的扩散，产业创新和技术创新经济学，技术创新的区域研究以及有关技术创新的政策、体系等诸多方面。

伺服液压系统发展历程伺服液压系统是一种利用液压技术控制机械运动的系统，具有精度高、动作平稳等特点。

随着科技的不断进步，伺服液压系统经历了几个主要的发展阶段。

20世纪60年代初，伺服液压系统开始出现。

当时，由于电子技术还不够发达，控制系统主要以液压传动为主。

伺服液压系统主要应用于钢铁、化工、石油等行业的生产和加工中。

然而，由于传统液压系统的性能限制，伺服液压系统的应用较为有限。

20世纪70年代，随着电子技术的进一步发展，伺服液压系统逐渐走向工业化。

这一时期，控制系统开始引入电子元件，实现了对液压机械运动的精确控制。

伺服液压系统在航空、航天、汽车等领域的应用逐步增加，并且在精密加工等行业起到了至关重要的作用。

20世纪80年代末和90年代初，伺服液压系统迎来了一个重要的发展阶段。

这个时期，随着计算机技术的飞速发展，伺服液压系统开始引入数字控制技术。

数字控制技术能够提高系统的精度和稳定性，实现更为复杂的运动轨迹控制。

同时，通过与计算机网络的结合，伺服液压系统的远程监控和维护也得到了极大的便利。

21世纪初，伺服液压系统进一步与先进的控制技术和智能化技术相结合，形成了新一代的智能伺服液压系统。

这些系统采用了更加先进的传感器和执行器，能够实时监测系统的状态，并进行自我调节和优化。

此外，智能伺服液压系统还具有自诊断和故障预测等功能，能够提前发现并解决潜在的问题，避免停机和损失。

总的来说，伺服液压系统经历了从传统液压到电控液压再到智能液压的发展历程。

随着科技的进步和应用领域的拓展，伺服液压系统不断提高精度和稳定性，推动了工业自动化的进一步发展，并在航空、航天、汽车等领域发挥着越来越重要的作用。

未来，随着人工智能、大数据等新技术的广泛应用，伺服液压系统有望进一步提升性能和智能化水平，为社会的发展做出更大的贡献。

第一章绪论
第一节液压传动发展概况
自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有二三百年的历史。

直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。

在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。

第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。

本世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。

因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。

当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。

同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。

我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。

现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。

机械的传动方式
一切机械都有其相应的传动机构借助于它达到对动力的传递和控制的目的。

机械传动——通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机
构的传递方式。

电气传动——利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式
液压传动——利用液体静压
力传递动力
液体传动
液力传动——利用液体静流
动动能传递动力
流体传动
气压传动
气体传动
气力传动。

液压控制发展历程及趋势液压控制技术是一门新兴的科学技术，它是液压技术的一个重要分支，也是自动控制技术的一个重要分支。

目前，液压控制技术已成为一项重要的机电液一体化技术，它融合了控制理论、液压技术、电子技术、计算机技术、仿真技术、机械技术等等，不同领域的设计理论与技术在液压控制技术中汇集、衔接、交融、综合成一项技术。

1.4.1 发展历程液压控制技术的发展历程中可以看到液压技术的发展影像，也可看到控制技术等的发展痕迹，更重要的是液压控制技术发展过程自然地体现了多学科多领域技术融合的过程。

下面列举液压控制技术发展过程中的一些重要历史事件，它们可以描绘出液压控制技术的发展历程。

公元前240年，在古埃及出现了人类历史上第一个液压反馈系统——水钟。

换个角度看，公元前200多年阿基米德（Archimedes）关于浮力的论述实际上是液体压强（压力）的理论研究成果。

1650年，帕斯卡提出了帕斯卡原理。

它描绘了静态液体中的压力传播规律。

1686年，牛顿揭示了粘性液体的内摩擦定律。

18世纪，流体力学的连续性方程被建立起来。

1795年，英国出现了世界上第一台水压机，液压传动开始进入工程领域。

1873年，伺服马达（servo motor）一词出现，它指用曲柄连杆反馈轮船舵机运动自动关闭舵机操纵助力蒸汽装置的反馈控制机构。

1877年，Edward John Routh 提出了线性定常系统稳定性判据。

1895年，Adolf Hurwitz 发表了线性定常系统稳定性判据。

1906年前，液压传动与控制技术应用于海军战舰炮塔的俯仰控制。

1914年前，液压伺服控制技术出现在海军舰艇舵机的操控装置上。

1932年，Harry Nyquist 发表了关于奈奎斯特判据的论文。

1934年，伺服机构（servomechanism）一词出现，Harold Locke Hanzen给出了定义：“一个功率放大装置，其放大部件是根据系统输入与输出的差来驱动输出的。

新型液压变压器汇报人：***2023-12-23•新型液压变压器概述•新型液压变压器的技术优势•新型液压变压器的结构设计目录•新型液压变压器在电力系统中的应用•新型液压变压器的发展趋势与挑战•新型液压变压器的实际案例分析目录01新型液压变压器概述新型液压变压器是一种利用液压能进行能量转换的装置，通过液压油的循环流动实现能量的传递和转换。

定义具有高效率、高可靠性、高稳定性、低噪音、低维护成本等优点，适用于各种需要高功率和精确控制的应用场景。

特点定义与特点工作原理新型液压变压器主要由油箱、泵、马达、控制阀等组成，通过液压油的循环流动，将输入的机械能转换为液压能，再通过控制阀的调节，将液压能转换为输出轴的机械能。

工作流程当输入轴转动时，泵将液压油从油箱中吸入，并加压后输送到马达中，马达将液压能转换为机械能输出轴，同时产生的油压使油返回油箱，完成一个循环。

通过控制阀的调节，可以改变输出轴的转速和转矩，实现能量的精确控制。

工作原理应用领域•应用领域：新型液压变压器广泛应用于船舶、石油、化工、电力、冶金、矿山、机械制造等领域，作为驱动装置、传动装置、控制系统等重要组成部分，满足各种复杂工况下的高精度和高可靠性要求。

02新型液压变压器的技术优势新型液压变压器在转换效率上具有显著优势，能够实现高效率的能量转换，减少能源浪费。

通过优化设计和材料选择，新型液压变压器在运行过程中能够实现更高的能量转换效率，有效降低能源损失，提高能源利用效率。

高效能详细描述总结词节能环保新型液压变压器采用环保材料和节能技术，降低能耗和碳排放，符合绿色可持续发展要求。

详细描述新型液压变压器在制造过程中采用环保材料，减少对环境的污染。

同时，通过节能技术的应用，降低设备运行过程中的能耗，减少碳排放，为绿色可持续发展做出贡献。

新型液压变压器具有出色的稳定性和可靠性，能够保证设备的长期稳定运行。

总结词新型液压变压器在设计和制造过程中充分考虑了稳定性和可靠性，采用优质材料和先进的生产工艺，确保设备在各种工况下都能够稳定运行，降低故障率，提高设备使用寿命。

变压器发明简史变压器是根据电磁感应定律，将交流电变换为同频率、不同电压交流电的非旋转式电机．因此，变压器是随着电磁感应现象的发现而诞生，经过许多科学家不断完善、改进而形成的．1 变压器的雏形—感应线圈1888年，英国著名物理学家弗来明(J.A.Fleming,1849-1945)在他的名著《The Alternating Current Transformers》(交流变压器)中开宗明义地说：“At the head of this long line of illustrious investigators stand thepre-eminent names of Faraday and Henry. On the foundation-stons of truth laid done by them all subsequent builders have been content to rest”(在一大批研究变压器的杰出人士中，领头的是巨人法拉第和亨利，他们奠定了真理的基石，而所有后来者则致力于大厦的完成)．所以，追溯变压器的发明史，还得从法拉第和亨利说起．1831年8月29日，法拉第采用图1所示的实验装置进行磁生电的实验．图1中，圆环用7/8英寸的铁棍制成，圆环外径6英寸；A是三段各24英尺长铜线绕成的线圈(三段间可根据需要串联)；B是50英尺铜线绕成的2个线圈(2个线圈可以串联)；1为电池；2为开关；3为检流器．实验时，当合上开关2后，法拉第发现检流器3摆动，即线圈B和检流器3中有电流流过．也就是说，法拉第通过这个实验发现了电磁感应现象．法拉第进行这个实验的装置(法拉第感应线圈，图2)实际上是世界上第一只变压器雏形，以后法拉第又作了数次实验，同年10月28日还制成了第一台圆盘式直流发电机．同年11月24日，法拉第向英国皇家学会报告了他的实验及其发现，从而使法拉第被公认为电磁感应现象的发现者，他也顺理成章地成为变压器的发明人．图1 法拉第实验装置原理图(1831年8月29日)但实际上最早发明变压器的是美国著名科学家亨利．1830年8月，时为纽约奥尔巴尼(Albang)学院教授的亨利利用学院假期，采用图3所示的实验装置进行磁生电实验．当他合上开关K，发现检流计P的指针摆动；打开开关K，又发现检流计P的指针向相反方向摆动．实验中，当打开开关K时，亨利还在线圈B 的两端间观察到了火花．亨利还发现，改变线圈A和B的匝数，可以将大(Intensity)电流变为小(Quantity)电流，也可将小电流变为大电流．实际上，亨利这个实验是电磁感应现象的非常直观的关键性实验，亨利这个实验装置也实际上是一台变压器的雏形．但是，亨利做事谨慎，他没有急于发表他的实验成果，他还想再做一些实验．然而假期已过，他只得将这件事搁置一旁．后来他又进行了多次实验，直到1832年才将实验论文发表在《美国科学和艺术杂志》第7期上．但是，在此以前，法拉第图2 法拉第感应线圈图3 亨利实验装置原理图(1830年8月)首先公布了他的电磁感应实验，介绍了他的实验装置，因此电磁感应现象的发明权只能归法拉第，变压器的发明权也非法拉第莫属了．亨利虽然非常遗憾地与电磁感应现象的发现权和变压器的发明权擦肩而过，但他在电学上的贡献、对变压器发明的贡献则是有目共睹的．特别值得一提的是，亨利实验装置比法拉第感应线圈更接近于现代通用的变压器．从现代变压器原理来看，法拉第感应线圈是一只单心闭合磁路双绕组式变压器．由于当时没有交流电源，所以它是一种原始的脉冲变压器，而亨利变压器则是一种原始的双心开路磁路双绕组式脉冲变压器．1835年，美国物理学家佩奇(C.J.Page,1812～1868)制成图4所示的感应线圈，该线圈是世界上第一只自耦变压器，利用自动锤的振动使水银接通或断开电路．在副边线圈感生的电动势能使一个真空管的电火花达4.5英寸长．图4 佩奇感应线圈原理图1837年，英国牧师卡兰(N.J.Callan)将佩奇变压器分成无电气连接的两部分(图5)，当打开开关M、断开线圈A的电路时，则线圈B的两端间S将会产生火花．图5 卡兰感应线圈原理图与法拉第、亨利的变压器一样，佩奇和卡兰变压器都是利用断续直流工作的设备，只能用于实验观察，都无实际应用价值．德国技师鲁姆科尔夫(H.D.Ruhmkorff,1803～1877)在变压器发明史上是一个贡献较大的人．他生于德国，后到巴黎定居，并自设精密机械制造工场．鲁姆科尔夫在理论上并无建树，但他善于研究他人的建议，并利用他心灵手巧的特长付诸实践，制造了一些优良的感应线圈．1842年，在Masson和Brequet的指导下，他开始对卡兰变压器进行研究．1850年制成第一只感应线圈(Inductorium)．1851年，他提出第一个感应火花线圈(变压器)的专利，鲁姆科尔夫感应线圈如图6、图7所示．铁心用软铁丝制成，原边线圈包绕在铁心上，副边线圈则包绕在原边线圈上．原边线圈由蓄电池供电，并通过一个磁化铁心机构反复开、合水银开关，使原边线圈中通以脉动直流电反复改变方向．副边线圈中则感应一个交变电流．与以前的感应线圈相比，鲁姆科尔夫感应线圈有较大的改进．首先副边线圈的绝缘更加可靠，线圈用涂漆铜线绕成，线圈层间用纸或漆稠绝缘，副边线圈与原边线圈则用一只玻璃管隔开；其次，鲁姆科尔夫采用E.English和C.Bright的发明，将副边线圈分成几段，各段间彼此分开，然后串在一起．这样可使电位差最大的点(出线端S—S)之间的距离最远．后来，鲁姆科尔夫对该线圈进行了改进，如将以前采用的水银开关改为酒精开关，不但可消除开关火花，而且可防止氧化；此外，他还在原边线圈接入电容器以提高感应电压．鲁姆科尔夫线圈由于功率较大，不但可用作实验，而且还可用于放电治疗．因此可以说，鲁姆科尔夫感应线圈是第一个有实用价值的变压器．图6 鲁姆科尔夫感应线圈示意图图7 鲁姆科尔夫感应线圈(1850年)图8 鲁姆科尔夫感应线圈及复原图为了获得更大的火花，1856年，英国电工技师瓦里(C.F.Varley,1828～1883)也对卡兰变压器作了改进(图9、图10)，他采用一只双刀双掷开关来回改变电流方向，使线圈A中的电流交替改变方向，从而线圈B中感应出一个交变电流，因此可以说，瓦里感应线圈是交流变压器的始祖．图9 瓦里感应线圈原理图图10 瓦里感应线圈(1856年)1862年，莫里斯(Morris)、魏尔(Weave)和蒙克顿(Moncktom)取得一个将感应线圈用于交流电的专利权．1868年，英国物理学家格罗夫(W.R.Grove,1811～1896)采用图9所示的装置将交流电源V与线圈A相连，在线圈B中得到一个电压不同的交流电流．因此格罗夫感应线圈实际上是世界上第一只交流变压器．图11 格罗夫感应线圈原理图(1868年)继格罗夫之后，许多人对感应线圈进行了研究，提出了一些改进建议．例如，美国人富勒(J.B.Fuller)在19世纪70年代初对感应线圈进行了理论研究，提出感应线圈应采用闭合铁心，原边线圈采用并联而不是当时大多数感应线圈所采用的串联．但是他的想法生前只向他的上司谈过，直到他死后不久，人们发现他的手稿．1879年2月，人们将他的手稿整理发表，他关于感应线圈的设想才得以公诸于世．1876年，俄国物理学家雅勃洛奇科夫(Л.Н.Яълочков，1847～1894)发明“电烛”，采用一只两个绕组的感应线圈，原边与交流电源相连，为高压侧，副边低压侧的交流电向“电烛”供电．这只感应线圈实际上是一台不闭合磁芯的单相变压器．1882年，俄国工程师И.Ф.乌萨金在莫斯科首次展出了有升压、降压感应线圈的高压变电装置．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12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12 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13)．1884年，他们在意大利都灵技术博览会上展出了图13 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14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14 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15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15 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16)；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17为1886年制造的闭路铁心式高兰德—吉布斯二次发电机．图16 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17 高兰德—吉布斯闭路铁心式二次发电机(1886年)3 齐伯诺夫斯基—德里—布拉什(Z-D-B)变压器高兰德—吉布斯二次发电机(变压器)虽然开辟了变压器的实际应用领域，但早期这种变压器存在某些先天不足，如开路铁心、原边线圈串联等．首先对此质疑和作出改进的是匈牙利岗茨工厂(Ganz)的三个年轻工程师布拉什(O.T.Blathy,1860～1939)、齐伯诺夫斯基(C.Zipernowsky, 1853～1942)和德里(M.Deri,1854～1938)．布拉什1883年进入岗茨工厂，长期担任技术负责人．他一生发明颇丰，曾获得100多项专利权，包括变压器、电压调整器、汽轮发电机等．布拉什是首次研究交流发电机并联运行人之一，他还发明了许多电机设计程序和设计计算方法．另外，他在1885年首先引入单词“Transformer”(变压器)，这一简明传神的术语很快为人们所认同和接受，迅速取代以往采用的“感应线圈”、“二次发电机”等术语，一直沿用至今．齐伯诺夫斯基是1878年成立的岗茨工厂电气部的奠基人之一．1893年，他提任匈牙利布达佩斯技术大学的电气教授．他一生取得40多项专利权，曾任匈牙利电工学会主席30年．德里1882年加入岗茨工厂，他长期在销售部工作，但对电机和变压器颇有研究．他曾设计复激交流发电机，还发明了以他名字命名的双电刷推斥式电动机—德里电动机．1884年，意大利都灵技术博览会召开，布拉什和岗茨工厂一批技术人员参观了该博览会，见到了会上展出的高兰德—吉布斯二次发电机．布拉什当时敏锐地觉察到这种二次发电机有很大发展前途，注意到这种变压器的优点及不足之处．在博览会上，布拉什曾问高兰德：“为什么你们的二次发电机不采用闭路铁心?”高兰德不假思索地回答：“采用闭路铁心非常危险，而且很不经济．”1884年7月，布拉什从都灵回到布达佩斯后，立即将都灵博览会上的所见所闻告诉了齐伯诺夫斯基和达里，他们决定立即进行变压器的改进实验．布拉什建议采用闭路铁心，齐伯诺夫斯基建议将原边线圈串联改为并联，并和德里一道进行研究实验．1884年8月7日，他们在岗茨工厂实验杂志上介绍了有关闭合磁路铁心的变压器(图18)．图18 Z-D-B变压器示意图1884年冬，德里在维也纳贸易联合会展示了他们的发明．1885年1月2日，齐伯诺夫斯基和德里在奥地利申请第一个有关并联运行变压器的专利(№.37/101)，图19为该专利中的附图．同年2月2日他们三人在奥地利和德国申请第二个变压器专利(奥地利专利№.35/2446，德国专利№.40414)．图19 奥地利专利№.37/101的附图1884年9月16日，岗茨工厂制成的第一台变压器(1400W，f=Hz,120/72V，变比1.67)，它是一台单相壳式、闭路铁心(铁丝)变压器．同年，岗茨工厂还制造了另外4台变压器．图20为最原始的Z-D-B变压器．1885年5月1日，匈牙利布拉佩斯国家博览会开幕，一台150V、70Hz单相交流发电机发出的电流，经过75台岗茨工厂5kVA变压器(闭路铁心，并联，壳式)降压，点燃了博览会场的1067只爱迪生灯泡，其光耀夺目的壮观场面轰动了世界．所以，后来人们把1885年5月1日作为现代实用变压器的诞生日而加以纪念．布达佩斯博览会使岗茨工厂名扬四海，博览会期间工厂就接到一批订单．图20 最原始的Z-D-B变压器(1884年)图21和图22分别为1885年和1887年的岗茨变压器．从图可以看出，它们均为心式变压器，与现代变压器已十分接近．图21 Z-D-B为G.费兰里斯实验室制造的变压器(1885年)(3000W，变比1∶2或1∶4)1885年6月至10月，Z-D-B变压器参加了伦敦发明展览会，并在会上作了演示．高兰德—吉布斯公司的工程师贝尔费尔德(R.Belfield)参观了伦敦发明展览会，对Z-D-B变压器很感兴趣．1885年5月7日，齐伯诺夫斯基、德里和布拉什在美国申请第一个闭路铁心图22 Z-D-B全金属变压器(1887年) (E形铁片铁心，4000VA，1926/105V，2.19/38A，42Hz)变压器及交流配电系统的专利(№.352105)．齐伯诺夫斯基—德里—布拉什(Z-D-B)变压器是变压器技术发展史上的重要里程碑，它所采用的闭路铁心、原边并联等基本结构一直沿用至今．可以说Z-D-B 变压器已使现代变压器的结构基本定型，从此变压器正式进入交流电流的输电、配电领域，有力地推动了交流电流的普及应用，促进了现代交流电机的发展．1888年，岗茨工厂向德国西门子—哈尔斯克(Simens-Halske)公司转让变压器专利权．不久，另外两家德国公司也购买了岗茨工厂的变压器专利权．1890年，法国、西班牙的公司也购买了岗茨的变压器专利．从19世纪80年代后期开始，变压器在欧洲迅速推广，到1889年已总共生产1000台变压器，到1899年突破10000台．在20世纪20年代前，岗茨工厂在变压器制造领域一直保持世界领先水平．4 变压器技术在美国的传播和发展19世纪80年代初，当欧洲人正致力于改进变压器、探索变压器应用领域的时候，大洋彼岸美国的爱迪生公司正沉醉于在直流电系统方面的成功及由此带来的丰厚利润之中，对交流电系统、对变压器不屑一顾．但此时，由火车空气制动器起家的威斯汀豪斯(W.Westinghouse,1846～1914)正想涉足交流电领域．1885年春，他漫游欧洲，参观了伦敦和布达佩斯，与当时欧洲发明家也有接触，对高兰德—布吉斯二次发电机很感兴趣，当即决定购买几台二次发电机．1885年5月，西屋空气制动器公司的年轻工程师潘塔伦里(Pantaleoni)因父亲病逝，回意大利奔丧，他到都灵拜会他的大学老师时，遇到正在都灵技术博览会的高兰德，当时高兰德正安装Lanzo和Circe间的交流系统．潘塔伦里对此十分感兴趣，立即给威斯汀豪期打电报，报告他的观感．威斯汀豪斯十分重视，回电潘塔伦里，要他与高兰德联系，买下高兰德、吉布斯在美国申请的有关变压器的独家专有权．经友好协商，高兰德同意了威斯汀豪斯的要求．1885年9月1日，西屋空气制动器公司订购的高兰德—吉布斯二次发电机和西门子Siemens公司单相交流发电机从欧洲运到美国．1885年11月23日，贝尔费尔德(R.Belfield)作为高兰德—吉布斯的全权代表到达美国匹兹堡，向西屋空气制动器公司转让变压器技术，并帮助该公司设计新型(闭路铁心)变压器．1886年1月5日，他到Great Barrington，帮助斯坦利(W.Stanley，时为威斯汀豪斯的助手)建设．运行Great Barrington 3000V 交流输电线．1886年3月20日，美国第一条交流输电线建成投入运行，这标志美国电气时代的真正开始!威斯汀豪斯除了以实业家胆识招揽人才、购买专利、订购设备、发展交流电系统和变压器外，还身体力行，潜心于变压器的研究．1886年1月8日，他组建威斯汀豪斯电气公司(西屋电气公司)，大踏步地进入电气(主要是交流电)领域，正式进入变压器的研究和工业化生产．1886年2月，他申请了有关配电系统和闭路铁心变压器的2项美国专利(№.342552和№.342553)．图23为西屋公司最早的变压器．1888年，西屋公司制成40盏电灯用2kW变压器．1891年，西屋公司制成第一台充油变压器(10kV电压)(图24)．图23 西屋公司早期变压器图24 西屋公司充油变压器(1891年)与威斯汀豪斯积极开拓、发展变压器工业成为鲜明对照的，是爱迪生对变压器的漠视和短视态度．当时，爱迪生电灯公司的电灯和直流发电机独霸北美大陆，远销欧洲．爱迪生踌躇满志，对刚刚出现的交流电供电系统既不屑一顾，又怀有一丝敌意(这为以后的美国交直流之战埋下了种子)．1885年，爱迪生公司代表李博(J.W.Lieb)参观都灵博览会，见到了展出的交流电配电系统和变压器．但李博与爱迪生一样，是一名顽固的直流主义者，他向爱迪生打了一报告，报告了他的观感，对会上展出的交流配电系统和变压器横加挑剔指责．这份报告也更坚定了爱迪生反对交流电的决心．1886年，布拉什到美国，会见爱迪生，双方签订了一个协议，由爱迪生公司出资2万美元购买岗茨工厂在美国申请的变压器的的独家专利使用权．但是，爱迪生公司出资压根就不想发展交流电系统和变压器，签订这项协议只不过是让其它公司发展交流电、发展变压器的一种策略．因此，这一纸协议的直接后果是阻碍了Z-D-B变压器在美国的推广应用．这种情况直到1892年，爱迪生公司合并为通用电气公司后才得以根本改变．在美国变压器发展史上，还有两个人也作出了不可磨灭的贡献．他们是斯坦利(W.Stanley,1856～1927)和斯特拉(N.Tesla,1856～1943)．斯坦利1883年开始接触交流电，对变压器在交流电系统中的作用有深刻的论述．他曾多次称变压器是“heart of the alternating current system”(交流电系统的心脏)．1883～1884年，他在自己的小型实验室里就进行过变压器的研究．1884年2月，他受雇于威斯汀豪斯，成为他的助手，主持设计制造交流系统及变压器．1885年9月29日制成美国第一台原边线圈并联、闭合磁路铁心的变压器(图25)，并在西屋空气制动器公司车间里进行了试验．1885年10月23日，他在美国申请第一个有关闭路铁心变压器的专利(№.349612)；同年11月23日，他提出3个专利，其中2个带变压器的配电系统的专利(№.372943和№.372944)，1个是开路铁心变压器的专利(№.349611)，这4个专利都转让给了威斯汀豪斯．1885年12月，他主持建设美国第一个交流输电系统—Great Barringto交流输电系统．1886年3月20日，该系统建成投运．1890年他离开西屋电气公司，1891年他在Pittsfield组建斯坦利电气制造公司，继续研制变压器．图26为斯坦利公司的一种商用变压器．1891年，斯坦利公司制成25kVA 商用变压器(图27)．1892年，斯坦利公司研制成15kV变压器，使美国交流电输电电压一举突破10kV，从而打开了高电压输电的大门．斯坦利也因而赢得了“电气传输之父”的美名．1903年，他将公司并入GE公司．在GE公司，他继续指导GE公司开发变压器．因此使西屋公司和GE公司早期的变压器技术同宗同源，都是采用壳式变压器结构，直到1918年GE公司改用心式变压器后，两者才分道扬辘．图25 斯坦利主持设计制造的第一台变压器(1885年)(500V/100V)图26 斯坦利公司商用变压器图27 斯坦利公司25kVA变压器(1891年)特斯拉是誉为“电工天才”的美籍克罗地亚科学家，他在交流电系统和交流电动机方面的贡献享誉世界．1888年，他受聘到西屋公司工作后也在变压器方面作出了成绩．1890年，他离开西屋公司自立门户，继续研究变压器．图28为1891年发明的特斯拉高频变生器原理，图29为特斯拉高频变压器复原图．变压器原边线圈为12匝Φ5mm的铜线，绕在一个Φ55mm的玻璃管上．副边线圈380匝，Φ0.2mm铜线，绕在一个Φ113mm的玻璃管上．原副边线圈放入一个高50cm、内径Φ16.5cm的玻璃管内，浸入绝缘矿物油内．原边线圈与振荡电路相连，副边线圈两端可获得105～106Hz的高频电流，并可观察到明显的火花．这台变压器曾用于研究高频电振荡现象，并曾藉此观察到集肤效应．图28 特斯拉高频发生器原理图(1891年)5 三相变压器的诞生高兰特—吉布斯二次发电机和Z-D-B变压器都是单相变压器，发明三相变压器的则是被图29 特斯拉高频变压器(1891年)誉为“三相交流电之父”的俄国科学家多利沃—多布罗夫斯基．1888年，他提出三相电流可以产生旋转磁场，并发明三相同步发电机和三相鼠笼式电动机．1889年，他为解决三相电流的传输及供电问题，开始研究三相变压器．与当时的单相变压器相比，多利沃—多布罗夫斯基三相变压器的原边、副边线圈并无太大差别，主要区别是在铁心布置方面．当年，他申请第1个三相变压器铁心的专利，3个心柱在周向垂直对称布置，上、下与两个轭环相连．这种结构类似欧洲中世纪的修道院，故称为“Tempeltype(寺院式)”，如图30(a)所示．“寺院式”结构后来又发展出图30(b)和图30(c)式．1891年，西门子公司又首先采用了框式铁心，见图30(d)．图30 三相变压器铁心世界上第一台三相变压器出现于1891年．当年8月，世界博览会在德国法兰克福(Frankfurt)召开，会议组织者为了展示交流电的输送和应用，在175km 外的德国劳芬(Lauffen)的波特兰(Portland)水泥厂内装设了一套三相水轮发电机组(210kVA，150r/min，40Hz，相电压55V)，向博览会上的1000盏电灯和一台100马力的三相感应电动机供电．为此，德国通用电气公司(AEG)和瑞士奥立康(Oerlikon)厂分别为劳芬-法兰克福工程提供了4台和2台三相变压器．在劳芬，AEG公司提供了2台三相升压变压器(每台100kVA，变比为1∶160，Y-Y接)，Oerlikon工厂提供了一台升压变压器(150kVA，变比为1∶155)；在法兰克福的座降压变电所，则分别装有2台AEG公司生产的三相降压变压器(变比为123∶1)向电动机供电，以及一台Oerlikon工厂生产的三相降压变压器(变比为116∶1)向1000盏电灯供电．实测变压器的最高效率已达到96%．图31为AEG公司制造的三相变压器．6 其它变压器除上面介绍的多种变压器外，19世纪后期及20世纪初期，还有许多人也进行了变压器的研究工作，制成了形形色色的变压器，使早期变压器异彩纷呈，也为后期各型变压器的发展积累了宝贵的经验和教训．英国科学家费兰特(S.Z.Ferranti,1864～1930)对变压器进行了研究，并于1885年取得有关闭合磁路变压器专利权．1888年研制成铁片弯成圆形组成铁心的变压器(图32)．1891年制成一台10kV/2kV的较大容量的变压器，其铁心由10段组成，每段铁心均由弯成圆形的铁片组成，各段铁心间的间隙用作通风冷却(图33)．。