A Brief History of Transformers (Not the Robot Kind)

https://www.wired.com/story/brief-history-transformers-not-robots/

Прежде всего, небольшое замечание о названии статьи. Дело в том, что в английском языке слово Transformer означает трансформатор, преобразователь. Но, с подачи Голливуда и его сериалов про трансформеров (трансформирующихся роботов), слово приобрело новое устойчивое значение, особенно среди молодого поколения. Отсюда и такая игра слов в названии.
= = =

Краткая история трансформеров (но не роботов)

Это простое электрическое устройство выполняет огромную работу в современной цивилизации, причем скромно и незаметно.

Один из первых трансформаторов переменного тока, построенный George Westinghouse в 1890-е гг. (MONDADORI PORTFOLIO/GETTY IMAGES)

Адаптированный рассказ из книги Vaclav Smil «71 Stories to Help Us Understand the Modern World».
- - -
Мне ВСЕГДА не нравились преувеличенные заявления о неизбежных научных и технических прорывах, таких как недорогой термоядерный синтез, дешевые сверхзвуковые путешествия и изменение других планет. Но мне нравятся простые устройства, которые делают так много фундаментальной работы современной цивилизации, особенно те, которые делают это скромно - или даже незаметно.

Ни одно устройство не подходит под это описание лучше, чем трансформатор. Не инженеры могут смутно осознавать, что такие устройства существуют, но они не имеют представления о том, как они работают и насколько они необходимы в повседневной жизни. (Трансформатор - это устройство, которое передает электричество между двумя цепями при изменении напряжения, то есть «давления» мощности электрического тока.)

Теоретическая основа была заложена в начале 1830-х годов с независимым открытием электромагнитной индукции Michael Faraday и Joseph Henry. Они показали, что изменяющееся магнитное поле может индуцировать ток более высокого напряжения (известный как «повышение») или более низкого («понижение»). Но прошло еще полвека, прежде чем Lucien Gaulard, John Dixon Gibbs, Charles Brush и Sebastian Ziani de Ferranti смогли разработать первые полезные прототипы трансформаторов. Затем трио венгерских инженеров - Ottó Bláthy, Miksa Déri и Károly Zipernowsky- улучшили конструкцию, построив тороидальный (в форме пончика) трансформатор, который они представили в 1885 году.

Уже в следующем году трио американских инженеров представили улучшенный дизайн - William Stanley, Albert Schmid и Oliver B. Shallenberger, которые работали на George Westinghouse. Устройство вскоре приняло форму классического трансформатора Stanley, которая сохранилась до сих пор: центральный железный сердечник, сделанный из тонких пластин кремнистой стали, одна часть в форме буквы «E», а другая - в форме буквы «I», чтобы упростить работу для монтажа намотанных медных катушек.

В своем обращении к Американскому институту инженеров-электриков в 1912 году Stanley вполне справедливо восхищался тому, как это устройство обеспечило «такое полное и простое решение сложной проблемы. Это посрамляет все попытки механического регулирования. Трансформатор с такой легкостью, уверенностью и экономией справляется с огромными объемами энергии, которые мгновенно передаются или забираются из него. Он такой надежный, прочный и надежный. В этой комбинации стали и меди необычайные силы так хорошо сбалансированы, что о них почти не подозревают».

Самые большие современные воплощения этой конструкции сделали возможным доставлять электричество на большие расстояния. В 2018 году компания Siemens поставила первый из семи рекордных трансформаторов на 1100 киловольт, которые позволили снабдить электричеством несколько китайских провинций, подключенных к высоковольтной линии постоянного тока протяженностью почти 3300 километров.

Огромное количество трансформаторов превзошло все, что мог вообразить Stanley, благодаря взрыву портативных электронных устройств, которые необходимо заряжать. В 2016 году в мире было выпущено более 1,8 миллиарда смартфонов, каждый из которых оснащался зарядным устройством с крошечным трансформатором.

Но многие зарядные устройства содержат трансформаторы еще меньшего размера. Это устройства, отличные от Stanley (то есть не с проволочной обмоткой), используют пьезоэлектрический эффект - способность напряженного кристалла генерировать ток, а тока - деформировать кристалл. Звуковые волны, падающие на такой кристалл, могут производить ток, а ток, протекающий через такой кристалл, может производить звук. Таким образом, один ток можно использовать для создания другого тока с совершенно другим напряжением.

И последняя новинка - электронные трансформаторы. Они намного меньше по объему и массе по сравнению с традиционными блоками, и они станут особенно важными для интеграции непостоянных источников электричества - ветра и солнца - в сеть и для создания микросетей постоянного тока. Без трансформаторов у нас не было бы эпохи повсеместного электричества и мы застряли бы в эпохе масляных ламп и телеграфа.