Pandora szelencéje » Transzformátor

A magyar villamossági ipar megalapozója

Ozogány Ernő — Wed, 03 Apr 2013 21:29:40 +0000

Zipernowsky Károly születésének százhatvanadik évfordulóján.

A villamossági ipar hőskoráról elsőként mindenkinek Thomas Alva Edison neve jut az eszébe. Való igaz, az elektrotechnika legnagyobbjai között tartjuk számon: kétezernél is több szabadalmának többségét ebben a témakörben tette. Az izzólámpa megalkotása csak az első lépés volt az úton, amely a mai hatalmas energetikai és fogyasztói hálózatok kialakulásához vezetett. Az amerikai zseni elsőként jelentette ki, hogy nem érdemes egymástól független, sok kis energiaforrást építeni, csakis akkor gazdaságos a villamos energia termelése, ha azt nagy villamos erőművek állítják elő, majd azt az egységes elosztó hálózaton keresztül juttatják el a fogyasztóhoz. Elképzeléseit a gyakorlatba is átültette: a világon elsőként épített nagyméretű áramforrást és villamos hálózatot. Eközben, sőt ezt megelőzően az Óvilágban is történik egy és más. Minden idők legzseniálisabb magyar menedzsere, Mechwart András 1878-ban elhatározza, hogy megalapítja a budapesti Ganz gyár villamossági osztályát. Ötletének köszönhetően ez lett a világ első, gépgyára keretén belül működő villamos ipari üzeme. Merész elhatározással a feladatra egy mindössze huszonöt éves mérnökembert, Zipernowsky Károlyt kéri fel. De hogyan került sor minderre?

A pelyhedző állú Zipernowsky negyedéves mérnökhallgatóként felolvasásokat tartott a magyar Mérnök és Építész Egylet ülésén a villamosság legújabb külföldi eredményeiről. A jó szimatú Mechwart azonnal ráérzett: ez az ő embere. Nem sokat habozott, Zipernowsky diplomáján még meg sem száradt a tinta, amikor állást ajánlott neki.

A magyar villamossági ipar megalapozója némi vargabetű útján jutott el hivatásához. 1853. április 4.-én született Bécsben, ahol édesapja könyvelőként dolgozott. A család hazatérte után Budapesten folytatta tanulmányait, a híres piarista gimnáziumban érettségizett. Ekkor még aligha gondolhatott arra, hogy műszaki emberként éli le életét, mivel elment Kecskemétre gyógyszerésznek. Három év múltán, 1872-ben viszont elhatározta, hogy beiratkozik a Királyi József Műegyetemre. Ebben az időben a villamosság gyerekcipőben járt, intézményes keretek között nem tanították, így Zipernowsky is gépészmérnökként végzett. Viszont ebben az időben már egyre világosabbá vált, hogy gépi úton villamos áram is termelhető. Ez volt a fiatal mérnök érdeklődésének középpontjában, így aztán égi mannaként hullt ölébe Mechwart felkérése.

Az elektromos világítás még a jövő zenéje volt, Edison csak három év múltán szabadalmaztatja az izzólámpáját. Ebben a helyzetben bízta meg Mechwart a fiatal mérnököt azzal, hogy oldja meg a Ganz gyár öntőüzemének villamos világítását. Zipernowskynak szerencsére van mire támaszkodnia: a dinamót honfitársa, Jedlik Ányos találta fel. Ezen az úton elindulva megszerkeszti ötvenhat volt feszültségen működő, tizenkét ampér áramot szolgáltató dinamóját, amivel szén rudas izzókat táplál. Ezt követően áramfejlesztők és motorok szerkesztése lesz a feladata. Mechwart nemcsak szemmel tartja őt, de lehetővé teszi számára, hogy új munkatársakat is toborozzon, sőt maga is vadászik rájuk. Így szerzik meg maguknak 1882-ben Déri Miksát, majd egy évvel később Bláthy Ottó Tituszt. Ezzel kialakul a technikatörténet legnevezetesebb triumvirátusa, amely csak hamarosan a világ élvonalába röpíti a magyar ipart.

Már negyven évvel korábban, 1840-ben James Prescott Joule, serfőző-tulajdonos létére a legnagyobb autodidakták egyikeként megállapította, hogy a villamos áram hatására a fémvezető felmelegszik, a termelődő hő pedig egyenesen arányos az áthaladás idejével, a huzal ellenállásával és az áramerősség négyzetével. Ez nem kevesebbet jelent, mint hogy tízszer nagyobb áram esetén a hő veszteségek a százszorosára nőnek! Többen is elindultak azon az úton, amely végül is sikerrel kecsegtetett: az olasz Galileo Ferraris és az Egyesült Államokban dolgozó, horvátországi szerb mérnök, Eötvös Loránd egykori tanársegéde, Nikola Tesla is a váltakozó áramban vélte meglelni a jövő energiaforrását. Sőt, ők már a kezdetektől többfázisú áramrendszerben gondolkodtak. Ezek közül a háromfázisú alakítja a a legegyszerűbb módon, a legolcsóbban a forgó mágneses teret, amely a villamos motorok meghajtásához nélkülözhetetlen.

Zipernowsky Károly ugyancsak a váltakozó áram feltétlen híve. Ennek jegyében, alig lép be a gyárhoz Déri Miksa, máris közösen egy váltakozó áramú generátort terveznek, amely a budapesti Nemzeti Színház világítását oldja meg.

Egy évvel később, 1883-ban a bécsi nemzetközi elektrotechnikai kiállításon egy 150 lóerős gőzgéphez közvetlenül kapcsolt egyfázisú váltakozó áramú generátort mutattak be, amely a váltakozó áramú rendszer fejlődésében úttörő lépést jelentett, a korabeli berendezésekhez viszonyítva méreténél fogva is általános feltűnést keltett. Ez az áramtermelő gép később a Keleti pályaudvar világítását szolgálta. Két évvel később Déry és Zipernowsky a párhuzamos kapcsolású transzformátort és a tetszőleges áttételű váltakozó áramú induktorokon alapuló áramelosztó rendszert szabadalmaztatta. Ekkor kezdődött el a magyar villamossági ipar legfényesebb korszaka, az a két évtized, amikor csak úgy öntik magukból a szabadalmakat. A nevezetes 1885. évben születik meg a nagy hármas korszakalkotó jelentőségű találmánya, a zárt vasmagú transzformátor, amely a későbbi villamosítás alapjává válik.

Michael Faraday 1831-es indukciótörvényének megfogalmazása óta a levegőben lógott ennek az új berendezésnek a megalkotása. Csupán az volt a kérdés, hogyan hasznosítható az a jelenség, amikor az egyik áramvezetőben létrejövő feszültség változásakor a közelében levő vezetőben ugyanilyen, de ellentétes irányú feszültség keletkezik. Ennek pontos tisztázása és gyakorlati hasznosítása lett a három magyar mérnök érdeme.

A Zipernowsky által vezetett magyar kutatóhármas igazolta elsőként a zárt, osztott vasmagú transzformátor legfőbb előnyét, a mágneses ellenállás értékének a csökkenését, aminek köszönhetően csak két-három százalék veszteség lép fel a feszültség átalakítása közben. Az általuk szerkesztett transzformátor az 1885-ös budapesti országos kiállítás szenzációja volt. Nikola Tesla saját találmányát az Egyesült Államokban csak két évvel később mutatta be.

Zipernowsky, Déry, Bláthy

A transzformátorral, majd a Déri és Bláthy által megszerkesztett villamos motorokkal és fogyasztásmérőkkel elkezdődött a váltakozó áramú Ganz-rendszer diadalútja, melyet Zipernowsky személyesen vezényelt egészen 1893-ig. Eközben legnagyobb sikere a Rómát ellátó Tivoli Erőmű és távvezetékének megtervezése és kivitelezése volt 1892-ben.

Az iparban végzett eredményes munkája elismeréseképp és a jövő nemzedékek felkészítésének biztosítására Zipernowskyt 1893-ban kinevezték a Műegyetemen újonnan alakított Elektrotechnika Tanszék tanszékvezető egyetemi tanárának. Ekkor megvált a Ganz gyártól, a továbbiakban tevékenységét az oktatásban és a tudományos közéletben folytatta. Ugyanebben az évben megválasztották a Magyar Tudományos Akadémia levelező tagjának.

Ebben a feladatkörében mindenki másnál többet tett a magyar villamossági ipar fellendítéséért: harmincnégy éven át a budapesti Műegyetem tanáraként erősáramú mérnökök több generációját nevelte fel. Így nemcsak a Ganz villamossági osztályának megszervezőjét, az egész magyar villamossági ipar kialakítóját, de az elméleti szakemberek legfőbb oktatóját is tisztelhetjük személyében.

Zipernowskyt a Magyarországi Elektrotechnikusok Egyesülete – a Magyar Elektrotechnikai Egyesület jogelődje – 1903-ban Dérivel és Bláthyval együtt tiszteletbeli tagjává nyilvánította. Két évvel később megválasztották az egyesület elnökének.

A Műegyetem az 1906/1907-es tanévben átadott fizikai-elektrotechnikai épületében, amely a jelenlegi F épület, Zipernowsky tanszéke saját előadótermet és laboratóriumot kapott, amelyet ő korszerű gépekkel szerelt fel. A nagyfeszültségű technika terén ezekkel a berendezésekkel Európa valamennyi egyetemét és próbatermét megelőzte. Hogy milyen korszerű volt, arra a legjobb példa, hogy a terem egykori felszereléséből egy gépcsoport ma is az eredeti helyén található.

Zipernowsky Károly 1912-ben 5000 koronát adományozott az elektrotechnikusok egyesületének, hogy annak kamatát minden évben díj gyanánt ítéljék oda. Az egyesületi választmány ezüst Zipernowsky-plakettel egészítette ki a díjat.

Nyolcvannégy éves korában 1937-ben vonult nyugdíjba. Ettől kezdve az egyesület közgyűlésén sem vett részt, búcsúlevelét felolvasták, utódja Verebély László, az első magyar villamosmérnök lett.

A magyar villamossági ipar megteremtője nyolcvankilenc éves korában, 1942. november 29.-én hunyt el Budapesten. A nagy hármas korelnöke volt, mégis utolsóként távozott közülük az élők sorából. Halálával lezárult a magyar villamossági kutatás és ipar páratlanul gazdag korszaka. A régi dicsőségnek ? mily szomorú látni ? ma már a nyomait is csak üggyel-bajjal lehet felfedezni. Azóta új gyáróriások ontják a villamos berendezéseket, de ezek már Magyarország határaitól távol készülnek.

A világhódító magyar villamossági ipar megalapozója

Ozogány Ernő — Mon, 03 Dec 2012 15:16:54 +0000

Zipernowsky Károly halálának hetvenedik évfordulóján.

A villamossági ipar hőskoráról elsőként mindenkinek Thomas Alva Edison neve jut az eszébe. Való igaz, az elektrotechnika legnagyobbjai között tartjuk számon: kétezernél is több szabadalmának többségét ebben a témakörben tette. Az amerikai zseni elsőként jelentette ki, hogy nem érdemes egymástól független, sok kis energiaforrást építeni, csakis akkor gazdaságos a villamos energia termelése, ha nagy erőművek állítják elő, majd az egységes elosztó hálózaton keresztül juttatják el a fogyasztóhoz. Elképzeléseit a gyakorlatba is átültette: a világon elsőként épített nagyméretű áramforrást és villamos hálózatot. Az 1881-ben üzembe helyezett, Jumbo nevű, gőzmeghajtású dinamója kétezer izzólámpa táplálására szolgált. Egy évvel később New Yorkban elkészíti a világ első nyilvános hőerőművét, hogy a várost és környékét villamos energiával lássa el, azzal a nem titkolt céllal, hogy később az egész országot, majd a Földet behálózó rendszert alakítson ki. Eközben, sőt ezt megelőzően az Óvilágban is történik egy és más. Minden idők legzseniálisabb magyar menedzsere, Mechwart András, a Ganz gyár vezérigazgatója 1878-ban elhatározza, hogy megalapítja vállalatának villamossági osztályát. Ötletének köszönhetően ez lett a világ első, gépgyár keretén belül működő villamos ipari üzeme. Merész elhatározással a feladatra egy mindössze huszonöt éves mérnökembert, Zipernowsky Károlyt kéri fel. De hogyan került sor minderre?

Minden idők legzseniálisabb magyar menedzsere sasszemmel figyelte a hazai eseményeket, mindazokat magához édesgette, akikben fantáziát látott. Ez történt a pelyhedző állú Zipernowsky esetében is, aki negyedéves mérnökhallgatóként felolvasásokat tartott a magyar Mérnök és Építész Egylet ülésein a villamosság legújabb külföldi eredményeiről. A jó szimatú Mechwart azonnal ráérzett: megtalálta az emberét. Nem sokat habozott: Zipernowsky diplomáján még meg sem száradt a tinta, amikor állást ajánlott neki.

A magyar villamossági ipar megalapozója némi vargabetű útján jutott el hivatásához. 1853. április 4.-én született Bécsben, ahol édesapja könyvelőként dolgozott. A család hazatérte után Budapesten folytatta tanulmányait, a híres piarista gimnáziumban érettségizett. Ekkor még aligha gondolhatott arra, hogy műszaki emberként éli le életét, mivel elment Kecskemétre gyógyszerésznek. Három év múltán, 1872-ben viszont elhatározta, hogy beiratkozik a Királyi József Műegyetemre. Ebben az időben a villamosság gyerekcipőben járt, intézményes keretek között nem tanították, így Zipernowsky is gépészmérnökként végzett. Ekkor már tudott volt, hogy gépi úton villamos áram is termelhető. Ez volt a fiatal mérnök érdeklődésének középpontjában, így aztán égi mannaként hullt ölébe Mechwart felkérése.

Az elektromos világítás még a jövő zenéje volt, Edison csak három év múltán szabadalmaztatja az izzólámpáját, amikor Mechwart megbízza a fiatal mérnököt azzal, hogy oldja meg a Ganz gyár öntőüzemének villamos világítását. Zipernowskynak szerencsére van mire támaszkodnia: a dinamót honfitársa, Jedlik Ányos találta fel. Ezen az úton elindulva megszerkeszti ötvenhat volt feszültségen működő, tizenkét ampér áramot szolgáltató dinamóját, amivel szén-rudas izzókat táplál. Ezt követően áramfejlesztők és motorok szerkesztése lesz a feladata. Mechwart nemcsak szemmel tartja őt, de lehetővé teszi számára, hogy új munkatársakat is toborozzon, sőt maga is vadászik rájuk. Így szerzik meg maguknak 1882-ben Déri Miksát, majd egy évvel később Bláthy Ottó Tituszt. Ezzel kialakul a technikatörténet legnevezetesebb triumvirátusa, amely hamarosan a világ élvonalába röpíti a magyar ipart.

Déri Miksa, Bláthy Ottó Titusz és Zipernowsky Károly

Edison és Werner Siemens is a dinamók nagy apostola volt. Az amerikai feltaláló érdemei a villamosság terén múlhatatlanok, viszont a dinamót illetően alaposan melléfogott: az általa termelt egyenáramú energia feszültsége nem változtatható.

Már negyven évvel korábban, 1840-ben James Prescott Joule, serfőző-tulajdonos létére a legnagyobb autodidakták egyikeként megállapította, hogy a villamos áram hatására a fémvezető felmelegszik, a termelődő hő pedig egyenesen arányos az áthaladás idejével, a huzal ellenállásával és az áramerősség négyzetével. Ez nem kevesebbet jelent, mint hogy tízszer nagyobb áram esetén a hő veszteségek a százszorosára nőnek! Ennek fényében Edison terve a világhálózatról dinamója segítségével puszta álomnak bizonyult. Többen is elindultak azon az úton, amely végül is sikerrel kecsegtetett: az olasz Galileo Ferraris és az Egyesült Államokban dolgozó, horvátországi szerb mérnök, Eötvös Loránd egykori tanársegéde, Nikola Tesla is a váltakozó áramban vélte meglelni a jövő energiaforrását. Sőt, ők már a kezdetektől többfázisú áramrendszerben gondolkodtak. Ezek közül a háromfázisú alakítja ki a legegyszerűbb módon, a legolcsóbban a forgó mágneses teret, amely a villamos motorok meghajtásához nélkülözhetetlen.

A zárt vasmagú transzformátor

Amennyiben egy papírhengerre rézhuzalt tekercselnek, s tőle villamosan függetlenül ? amikor nincs közöttük vezető, azaz galvanikus kapcsolat ? újabb huzalt csavarnak fel ugyanerre a hengerre, légmagos transzformátor jön létre. Azt már korábban is tudták, hogy ez a készülék akkor működik nagy hatásfokkal, ha közepébe vasmagot tesznek. Ezzel megnő a tekercs önindukciós tényezője, ami a transzformátor működésének alapfeltétele. A transzformálás azt jelenti, hogy egy adott feszültséget mesterségesen megnövelnek vagy csökkentenek. Ezt a két tekercs huzalának vastagságával és menetszámával lehet szabályozni, ilyenkor a bemenő ? primer ? tekercs váltakozó feszültsége a kimenő ? szekundér ? tekercsen jelenik meg, miközben a villamos áramerősség az egyes tekercsek ellenállásától függ. Eközben természetesen érvényes az energia megmaradás törvénye: a bemenő teljesítmény ? a veszteségeket leszámítva ? megegyezik a kimenő teljesítménnyel. A transzformátor legfőbb előnye, hogy a feszültség megváltoztatására szolgál.

Hamarosan kiderült az egyik gond: a vasmagban, mint villamos vezetőben örvényáramok ? Foucault féle-áramok – keletkeznek, amely veszteségként – Joule-féle hő formájában ? jelentkezik. Ezt a kérdést hamarosan briliáns módon sikerült megoldaniuk: vékony, egymástól szigetelőanyaggal elválasztott lemezekből készítették el a vasmagot. A helyzetet bonyolította, hogy nem sikerült ? de ez egészen napjainkig igaz ? matematikai módszerekkel leírni a vasmagos tekercsekben és transzformátorokban lejátszódó jelenségeket, ezért műszaki megoldásokat alkalmazva behelyettesítő kapcsolásokat alkalmaznak. Ennek megfelelően a transzformátorok tervezése, méretezése és modellezése vérbeli mérnöki feladat, ráadásul a legigényesebb villamossági kérdések köréhez tartozik. A Zipernowsky által vezetett magyar kutatóhármas igazolta elsőként a zárt, osztott vasmag legfőbb előnyét, a mágneses ellenállás értékének a csökkenését, aminek köszönhetően csak két-három százalék veszteség lép fel a feszültség átalakítása közben. Az általuk szerkesztett transzformátor az 1885-ös budapesti országos kiállítás szenzációja volt. Nikola Tesla saját találmányát az Egyesült Államokban csak két évvel később mutatta be.

A magyar feltalálók egy csapásra megoldották Edison legfőbb gondját, a villamos áram szállítását akár több ezer kilométeres távolságra is. Mivel ez nagy feszültségen történik, felhasználás előtt az energiát le kell transzformálni. Ami természetesen a magyarok által feltalált transzformátorral történik.

A transzformátor, majd a Déri és Bláthy által megszerkesztett villamos motorokkal és fogyasztásmérőkkel elkezdődött a váltakozó áramú Ganz-rendszer diadalútja, melyet Zipernowsky személyesen vezényelt egészen 1893-ig. Eközben legnagyobb sikere a Rómát ellátó Tivoli Erőmű és távvezeték megtervezése és kivitelezése volt 1892-ben.

A Műegyetem az 1906/1907-es tanévben átadott fizikai-elektrotechnikai épületében, a jelenlegi F épületben, Zipernowsky tanszéke saját előadótermet és laboratóriumot kapott, amelyet ő korszerű gépekkel szerelt fel. A nagyfeszültségű technika terén ezekkel a berendezésekkel Európa valamennyi egyetemét és próbatermét megelőzte. Hogy milyen korszerű volt, arra a legjobb példa, hogy a terem egykori felszereléséből egy gépcsoport ma is az eredeti helyén található.

A magyar villamossági ipar megteremtője nyolcvankilenc éves korában, 1942. november 29.-én hunyt el Budapesten. A nagy hármas korelnöke volt, utolsóként távozott közülük az élők sorából. Halálával lezárult a magyar villamossági kutatás és ipar páratlanul gazdag korszaka. A régi dicsőségnek ? mily szomorú látni ? ma már a nyomait is csak üggyel-bajjal lehet felfedezni. Azóta új gyáróriások ontják a villamos berendezéseket, de ezek már Magyarország határaitól távol készülnek.

A cikk megjelent az Új Szó Tudomány rovatában