Eszközök nagyfeszültségű váltóáram impulzusok fogadására: Rumkorff tekercs és Tesla transzformátor

Technikai eszközök nagyfeszültség fogadására

A 19. század elején a tudósok elkezdtek olyan eszközöket létrehozni, amelyek nagy feszültségű váltakozó áramot hoznak létre. Heinrich Hertz kísérleteiben azokat az eszközöket használta, amelyek akkor már elérhetőek voltak a fizikai kísérleti tudományban és az elektrotechnikában.

Ezek nagyon jellegzetes eszközök voltak, amelyekben a fizikában ismert jelenségeket alkalmazták, és mindenekelőtt az önindukciót - az indukált elektromotoros erő megjelenését vasmagos tekercsekben az áthaladó elektromos áram hirtelen növekedésének vagy gyors megszakadásának pillanatában. a hurkokon keresztül.

Az 1930-as években. megjelentek az első elektromos gépek, amelyek a mágneses erővonalak forgótekercsekkel történő keresztezésén alapultak. Az első ilyen gépek (1832) I. Pixii, A. Jedlik, B. Jacobi, D. Henry generátorai voltak.

A fizikában és a feltörekvő elektrotechnikában nagyon fontos esemény volt az indukciós gépek megjelenése, amelyek valójában nagyfeszültségű transzformátorok voltak.

Ezek két tekercses elektromágnesek voltak. Az első tekercsben az áram időnként ilyen vagy olyan módon megszakad, míg a második tekercsben indukált áram jelenik meg (pontosabban, Az önindukció EMF). Az első „transzformátorok”, amelyek gyakorlati használatra találtak, nyílt hurkú mágneses rendszerrel rendelkeztek. A 19. század 70-es és 80-as éveihez tartoznak, megjelenésük P. Yablochkov, I. Usagin, L. Golyar, E. Gibbs és mások nevéhez fűződik.

1837-ben megjelentek az indukciós gépek vagy "tekercsek", amelyeket Antoine Masson francia professzor hozott létre. Ezek a gépek gyors áramszünettel működtek. Egy fogaskerék formájú kapcsolót használtak, amely forgás közben rendszeres időközönként megérintette a fémkefét. Az áram megszakadása önindukciós EMF-hez vezetett, és kellően nagy frekvenciájú nagyfeszültségű impulzusok jelentek meg a gép kimenetén. Masson ezt a gépet használja gyógyászati ​​célokra.

Rumkorf indukciós tekercs

1848-ban a fizikai eszközök híres mestere, Heinrich Rumkorff (akinek műhelye volt Párizsban a fizikai kísérletekhez szükséges készülékek gyártására) észrevette, hogy a Masson-féle gép feszültsége jelentősen megnövelhető, ha a tekercset nagy fordulatszámmal készítik el. a megszakítások gyakorisága jelentősen megnő.

1852-ben két tekercses tekercset tervezett: az egyik vastag huzallal és kevés menettel, a másik vékony huzallal és nagyon sok menettel. A primer tekercset akkumulátor táplálja egy vibráló mágneses kapcsolón keresztül, míg a szekunderben nagy feszültség indukálódik.Ez a tekercs "indukció" néven vált ismertté, és alkotójáról, Rumkorfról kapta a nevét.

Nagyon hasznos fizikai eszköz volt a kísérletek lefolytatásához, és később az első rádiórendszerek és röntgengépek szerves részévé vált. A Párizsi Tudományos Akadémia nagyra értékelte Rumkorff érdemeit, és Volta nevében jelentős pénzdíjjal tüntette ki.

Valamivel korábban (1838-ban) jó eredményeket ért el Charles Page amerikai mérnök, aki az indukciós tekercsek fejlesztésével is foglalkozott – készülékei meglehetősen nagy feszültséget adtak, Európában azonban semmit sem tudtak Page munkásságáról, és az itteni kutatások tovább folytatódtak. önálló út.

Rumkorf orsó (1960-as évek)

Ha az indukciós tekercsek első modelljei olyan feszültséget adtak, amely körülbelül 2 cm hosszú szikrát keltett, akkor 1859-ben L. Ritchie 35 cm-es szikrákat szerzett, Rumkorff pedig hamarosan épített egy indukciós tekercset 50 cm-es szikrákkal.

A Rumkorf indukciós tekercs szinte alapvető változtatások nélkül maradt fenn. Csak a tekercsek méretei, szigetelése stb. A legnagyobb változások az indukciós tekercs primer áramkörében lévő megszakítók felépítését és működési elveit érintik.

Rumkorf tekercsek

A Rumkorf tekercsekben használt megszakítók egyik első típusa az úgynevezett "Wagner kalapács" vagy "Neff kalapács". Ez a nagyon érdekes eszköz az 1840-es évek környékén jelent meg. és egy elektromágnes volt, amelyet egy mozgatható, érintkezős ferromágneses lebenyen keresztül akkumulátor táplált.

A készülék bekapcsolásakor a szirom az elektromágnes magjához vonzódott, az érintkezés megszakította az elektromágnes tápkörét, majd a szirom elmozdult a magtól az eredeti helyzetébe. A folyamatot ezután a rendszerrészek mérete, a szirom merevsége és tömege, valamint számos egyéb tényező határozza meg.

A Wagner-Nef készülék később elektromos csengővé vált, és az egyik első elektromechanikus oszcilláló rendszer volt, amely a korai rádiótechnika számos elektromos és rádiós eszközének prototípusa lett. Ezenkívül ez az eszköz lehetővé tette az akkumulátor egyenáramának szakaszos árammá alakítását.

A Rumkorf tekercsben használt Wagner-Neff elektromechanikus kapcsolót magának a tekercsnek a mágneses vonzási ereje hajtja. Konstruktívan egy volt vele. A Wagner-Neff megszakító hátránya az alacsony teljesítmény volt, vagyis a nagy áramok megszakításának képtelensége ott, ahol az érintkezők megégtek; ráadásul ezek a megszakítók nem képesek magas frekvenciájú árammegszakítást biztosítani.

Más típusú megszakítók nagy áramok megszakítására szolgálnak az erős Rumkorf indukciós tekercsekben. Különböző fizikai elveken alapulnak.

Az egyik kialakítás működési elve az, hogy egy meglehetősen vastag fémrúd függőleges síkban előre-hátra mozog, belesüllyedve egy higanycsészébe. A mechanikus hajtás a forgó mozgást (kézzel, óraművel vagy villanymotorral) lineáris oda-vissza mozgássá alakítja, így a megszakítások gyakorisága nagyon változó lehet.

Egy ilyen megszakító egyik korai tervében, J. Foucault által javasolt, a működtetést elektromágnes segítségével hajtották végre, mint a Wagner-Neff kalapácsnál, és a kemény érintkezőket higannyal helyettesítették.

A XIX. század végéig. a legelterjedtebbek a «Dukret» és «Mak-Kol» cégek tervei. Ezek a megszakítók percenként 1000-2000 törési sebességet biztosítanak, és manuálisan működtethetők. A második esetben a Rumkorf tekercsen egyszeri kisülések érhetők el.

Egy másik típusú megszakító a sugár elven működik, és néha turbinának nevezik. Ezek a megszakítók a következőképpen működtek.

Egy kisméretű, nagy sebességű turbina a higanyt a tartályból a turbina tetejére pumpálja, ahonnan a higanyt egy fúvókán keresztül, forgó sugár formájában, centrifugálisan kilökik. A megszakító falán szabályos időközönként elektródák helyezkedtek el, amelyeket mozgása során a higanysugár megérintett. Így történt a kellően erős áramlatok zárása és nyitása.

Egy másik típusú kapcsolót alkalmaztak - elektrolitikus, amely egy olyan jelenségen alapul, amelyet N. P. Sluginov orosz professzor fedezett fel 1884-ben. A kapcsoló működési elve abból állt, hogy amikor egy áram áthalad egy kénsavval ellátott elektroliton a masszív ólom és a A platina (pozitív) elektróda platinaelektródái, amely egy vékony üvegszigetelt huzal, éles véggel, gázbuborékok jelentek meg, amelyek időszakonként megakadályozták az áram áramlását, és az áram megszakadt.

Az elektrolitikus megszakítók akár 500-800 másodpercenkénti megszakítási sebességet biztosítanak. Váltakozó áramok elsajátítása az elektrotechnikában a huszadik század elején. új lehetőségeket vezetett be a fizika arzenáljába és már megkezdte a rádióelektronikát.

A Rumkorf tekercsek táplálására váltakozó áramú gépeket használtak váltakozó szinuszos áram, amely lehetővé tette szélesebb körű felhasználását rezonancia jelenség a szekunder tekercsben, később pedig nagyfrekvenciás áramforrásokként, amelyek közvetlenül felhasználhatók sugárzásra.

Tesla transzformátor

Az egyik első tudós, aki érdeklődött a nagyfrekvenciás, nagyfeszültségű áramok tulajdonságai iránt Nikola Tesla, aki nagyon komolyan hozzájárult az összes elektrotechnika fejlődéséhez. Ez a tehetséges tudós és feltaláló számos praktikus és eredeti újítással rendelkezik.

A rádió feltalálása után először egy rádióvezérlésű hajó modelljét tervezett, gázlámpákat fejlesztett, indukciós nagyfrekvenciás elektromos gépet, stb. Szabadalmai száma elérte a 800-at. Edwin Armstrong amerikai rádiómérnök szerint , a többfázisú áramok felfedezése és egyetlen indukciós motor elég lenne ahhoz, hogy Tesla nevét örökre megörökítse.

Nikola Tesla sok éven át táplálta az energia távolról történő vezeték nélküli átvitelének ötletét a Föld nagy oszcilláló áramkörként való gerjesztésének módszerével. Sok elmét magával ragadott ezzel a gondolattal, kifejlesztette a nagyfrekvenciás elektromágneses energia forrásait és kibocsátóit.

A Tesla eszközének megalkotása, amely nagyon fontos szerepet játszott az elektrotechnika különböző ágainak fejlődésében, és amelyet "rezonáns transzformátornak" vagy "Tesla transzformátornak" neveztek, 1891-re nyúlik vissza.

A Tesla rezonáns transzformátora (1990-es évek). Kapcsolóáramkör az elektromágneses hullámok generátorában

A Rumkorf nagyfeszültségű indukciós tekercsét a Leyden-edénybe kisütjük. Ez utóbbit nagyfeszültségre töltik, majd a rezonáns transzformátor primer tekercsén keresztül kisütik. Ugyanakkor nagyon magas feszültség lép fel a szekunder tekercsén, amely rezonanciára van hangolva a primerrel. A Tesla nagyfeszültségeket (körülbelül 100 kV) kap körülbelül 150 kHz frekvenciával. Ezek a feszültségek áttörést okoztak a levegőben akár több méteres kefekisülés formájában.