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*10 5 kcal 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)
Hét Dátum Cím ZH Házi feladat 1. hét 09. 02. elmaradt 2. hét 09. 09. Bevezető I. HF kiadása 3. hét 09. 16. Mágneses körök 4. hét 09. 23. Transzformátor MENETREND 5. hét 09. 30. Energia átalakítása, egyenáramú gép 6. hét 10. 07. Aszinkron gép I. HF leadása 7. hét 10. 14. Aszinkron gép ZH (I. HF javítás) 8. hét 10. 21. elmarad II. HF kiadása 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 ZH II. HF leadása 13. hét 11. 25. Elektrotechnika jövője, korszerű alkalmazások (II. HF javítás) 14. hét 12. 02. pótzh / Elővizsga