Aukštos įtampos kintamosios srovės impulsų priėmimo įrenginiai: Rumkorff ritė ir Tesla transformatorius

Aukštos įtampos priėmimo techniniai įrenginiai

XIX amžiaus pradžioje mokslininkai pradėjo kurti prietaisus, skirtus aukštos įtampos kintamajai srovei gauti. Heinrichas Hertzas savo eksperimentuose naudojo prietaisus, kurie tuo metu jau buvo prieinami fizikiniame eksperimentiniame moksle ir elektros inžinerijoje.

Tai buvo labai būdingi įtaisai, kuriuose buvo naudojami fizikoje žinomi reiškiniai, o visų pirma saviindukcija - indukuotos elektrovaros jėgos atsiradimas ritėse su geležine šerdimi tuo momentu, kai smarkiai padidėja arba greitai nutrūksta teka elektros srovė. per kilpas.

1930-aisiais. pasirodė pirmosios elektrinės mašinos, paremtos magnetinių jėgos linijų kirtimu besisukančiomis ritėmis. Pirmosios tokios mašinos (1832 m.) buvo I. Pixii, A. Jedlik, B. Jacobi, D. Henry generatoriai.

Labai svarbus įvykis fizikoje ir besiformuojančioje elektros inžinerijoje buvo indukcinių mašinų, kurios iš tikrųjų buvo aukštos įtampos transformatoriai, atsiradimas.

Tai buvo elektromagnetai su dviem ritėmis. Pirmoje ritėje srovė periodiškai vienaip ar kitaip nutrūksta, o antroje ritėje atsiranda indukuota srovė (tiksliau, Saviindukcijos EMF). Pirmieji praktiškai panaudoti „transformatoriai“ turėjo atviros kilpos magnetinę sistemą. Jie priklauso XIX amžiaus 70–80-iesiems, o jų išvaizda siejama su P. Yablochkovo, I. Usagino, L. Golyaro, E. Gibbso ir kitų vardais.

1837 metais atsirado indukcinės mašinos arba „ritės“, kurias sukūrė prancūzų profesorius Antoine'as Massonas. Šios mašinos veikė greitai nutrūkus elektrai. Buvo naudojamas krumpliaračio formos jungiklis, kuris sukimosi metu reguliariai palietė metalinį šepetį. Nutrūkus srovei, atsirado savaiminė EMF, o mašinos išvestyje pasirodė pakankamai aukšto dažnio aukštos įtampos impulsai. Massonas naudoja šią mašiną medicininiais tikslais.

Rumkorf indukcinė ritė

1848 m. garsus fizinių prietaisų meistras Heinrichas Rumkorffas (Paryžiuje turėjęs fizinių eksperimentų aparatų gamybos dirbtuves) pastebėjo, kad Massono mašinos įtampa gali būti gerokai padidinta, jei ritė būtų pagaminta su daugybe apsisukimų ir pertraukimų dažnis gerokai padidėja.

1852 m. jis suprojektavo ritę su dviem ritėmis: viena su stora viela ir nedideliu vijų skaičiumi, kita su plona viela ir labai daug vijų. Pirminė ritė maitinama akumuliatoriumi per vibruojantį magnetinį jungiklį, o antrinėje indukuojama aukšta įtampa.Ši ritė tapo žinoma kaip „indukcija“ ir buvo pavadinta jos kūrėjo Rumkorfo vardu.

Tai buvo labai naudingas fizinis prietaisas, reikalingas eksperimentams atlikti, o vėliau tapo neatsiejama pirmųjų radijo sistemų ir rentgeno aparatų dalimi. Paryžiaus mokslų akademija labai įvertino Rumkorffo nuopelnus ir skyrė jam didelę piniginę premiją Voltos vardu.

Kiek anksčiau (1838 m.) gerų rezultatų pasiekė amerikiečių inžinierius Charlesas Peidžas, kuris taip pat buvo susijęs su indukcinių ritių tobulinimu – jo prietaisai davė gana aukštą įtampą, tačiau Europoje apie Peidžo darbus nieko nebuvo žinoma ir čia buvo tęsiami tyrimai. nepriklausomas kelias.

Rumkorf ritė (1960 m.)

Jei pirmieji indukcinių ritių modeliai davė įtampą, kuri sukeldavo apie 2 cm ilgio kibirkštis, tai 1859 metais L. Ritchie gavo iki 35 cm ilgio kibirkštis ir Rumkorff netrukus sukonstravo indukcinę ritę su iki 50 cm ilgio kibirkštimis.

Indukcinė ritė Rumkorf išliko beveik be esminių pokyčių. Pakeisti tik gyvatukų matmenys, izoliacija ir pan. Didžiausi pokyčiai turi įtakos indukcinės ritės pirminėje grandinėje esančių automatinių jungiklių konstrukcijai ir veikimo principams.

Rumkorf ritės

Vienas pirmųjų „Rumkorf“ ritėse naudotų automatinių jungiklių tipų buvo vadinamasis „Wagner plaktukas“ arba „Neff plaktukas“. Šis labai įdomus prietaisas pasirodė apie 1840 m. ir buvo elektromagnetas, maitinamas iš baterijos per kilnojamą feromagnetinę skiltį su kontaktais.

Įjungus prietaisą, žiedlapis buvo pritrauktas prie elektromagneto šerdies, kontaktas nutraukė elektromagneto maitinimo grandinę, o po to žiedlapis pasitraukė nuo šerdies į pradinę padėtį. Tada procesas kartojamas tokiu dažnumu, kurį lemia sistemos dalių dydis, žiedlapio standumas ir masė bei daugybė kitų veiksnių.

Wagner-Nef įrenginys vėliau tapo elektriniu varpu ir buvo viena pirmųjų elektromechaninių virpesių sistemų, tapusių daugelio ankstyvosios radijo inžinerijos elektros ir radijo prietaisų prototipu. Be to, šis įrenginys leido paversti nuolatinę srovę iš akumuliatoriaus į nutrūkstančią srovę.

Rumkorf ritėje naudojamas Wagner-Neff elektromechaninis jungiklis yra varomas pačios ritės magnetinių traukos jėgų. Jis buvo konstruktyviai vienas su ja. „Wagner-Neff“ grandinės pertraukiklio trūkumas buvo jo maža galia, tai yra, nesugebėjimas nutraukti didelių srovių ten, kur buvo sudeginti kontaktai; be to, šie grandinės pertraukikliai negali užtikrinti didelio srovės pertraukimo dažnio.

Kitų tipų grandinės pertraukikliai yra skirti nutraukti dideles sroves galingose ​​Rumkorf indukcinėse ritėse. Jie yra pagrįsti skirtingais fiziniais principais.

Vienos konstrukcijos veikimo principas – gana storas metalinis strypas juda pirmyn ir atgal vertikalia plokštuma, grimzdamas į gyvsidabrio puodelį. Mechaninė pavara paverčia sukamąjį judesį (ranka, laikrodžio mechanizmu arba elektriniu varikliu) į linijinį grįžtamąjį judesį, todėl pertrūkių dažnis gali labai skirtis.

Viename iš ankstyvųjų tokio pertraukiklio projektų, kuriuos pasiūlė J. Foucault, įjungimas buvo vykdomas elektromagnetu, kaip ir Wagner-Neff plaktuku, o kietieji kontaktai buvo pakeisti gyvsidabriu.

Iki XIX amžiaus pabaigos. Labiausiai paplitę yra kompanijų „Dukret“ ir „Mak-Kol“ dizainai. Šie pertraukikliai užtikrina 1000-2000 per minutę trūkimo greitį ir gali būti valdomi rankiniu būdu. Antruoju atveju ant Rumkorf ritės galima gauti pavienius iškrovimus.

Kitas pertraukiklio tipas veikia reaktyviniu principu ir kartais vadinamas turbina. Šie grandinės pertraukikliai veikė taip.

Maža didelės spartos turbina pumpuoja gyvsidabrį iš rezervuaro į turbinos viršų, iš kur gyvsidabris išcentriniu būdu išstumiamas per antgalį besisukančios srovės pavidalu. Ant pertraukiklio sienelių buvo reguliariais intervalais išdėstyti elektrodai, kuriuos judant gyvsidabrio srovė palietė. Taip įvyko pakankamai stiprių srovių uždarymas ir atsivėrimas.

Buvo naudojamas kitoks jungiklių tipas – elektrolitinis, pagrįstas reiškiniu, kurį atrado rusų profesorius N. P. Sluginovas 1884 m. Jungiklio veikimo principas susideda iš to, kad srovei tekant per elektrolitą su sieros rūgštimi tarp masyvios švino ir platininio (teigiamo) elektrodo, kuris yra plonas stiklo izoliacijos laidas aštriu galu, platininiai elektrodai, atsirado dujų burbuliukai, periodiškai trukdantys tekėti srovei, o srovė nutrūkdavo.

Elektrolitiniai grandinės pertraukikliai užtikrina iki 500 - 800 per sekundę pertraukimo greitį. Kintamųjų srovių įsisavinimas elektrotechnikoje XX amžiaus pradžioje. įvedė naujas galimybes į fizikos arsenalą ir jau pradėtą ​​radijo elektroniką.

„Rumkorf“ ritėms maitinti buvo naudojamos kintamosios srovės mašinos kintamoji sinusoidinė srovė, kuri leido jį panaudoti plačiau rezonanso reiškinys antrinėje apvijoje, o vėliau kaip aukšto dažnio srovių šaltiniai, kurie gali būti tiesiogiai naudojami spinduliuotei.

Tesla transformatorius

Vienas pirmųjų mokslininkų, susidomėjusių aukšto dažnio, aukštos įtampos srovių savybėmis, buvo Nikola Tesla, kuris labai rimtai prisidėjo prie visos elektrotechnikos plėtros. Šis talentingas mokslininkas ir išradėjas turi daug praktiškų ir originalių naujovių.

Išradęs radiją, pirmiausia sukūrė radijo bangomis valdomo laivo modelį, sukūrė dujines lempas, sukonstravo indukcinę aukšto dažnio elektros mašiną ir kt. Jo patentų skaičius siekė 800. Pasak amerikiečių radijo inžinieriaus Edwino Armstrongo , pakaktų kelių fazių srovių atradimo ir tik vieno indukcinio variklio, kad Tesla vardas būtų įamžintas amžinai.

Daugelį metų Nikola Tesla puoselėjo idėją belaidžiu būdu perduoti energiją per atstumą, sužadindama žemę kaip didelę svyruojančią grandinę. Šia mintimi jis pakerėjo daugybę protų, sukūrė aukšto dažnio elektromagnetinės energijos šaltinius ir jos skleidėjus.

„Tesla“ įrenginio, suvaidinusio labai svarbų vaidmenį plėtojant įvairias elektrotechnikos šakas ir kuris buvo vadinamas „rezonansiniu transformatoriumi“ arba „Tesla transformatoriumi“, sukūrimas datuojamas 1891 m.

Tesla rezonansinis transformatorius (1990 m.). Elektromagnetinių bangų generatoriaus perjungimo grandinė

Rumkorf aukštos įtampos indukcinė ritė išleidžiama į Leyden stiklainį. Pastarasis įkraunamas iki aukštos įtampos, o po to iškraunamas per pirminę rezonansinio transformatoriaus apviją. Tuo pačiu metu jo antrinėje apvijoje atsiranda labai aukšta įtampa, suderinta rezonansu su pirmine. Tesla gauna aukštą įtampą (apie 100 kV), kurios dažnis yra apie 150 kHz. Šios įtampos sukėlė proveržį ore iki kelių metrų ilgio šepečio išlydžio pavidalu.