Mga aparato para sa pagtanggap ng mataas na boltahe na alternating current pulses: Rumkorff coil at Tesla transformer
Mga teknikal na aparato para sa pagtanggap ng mataas na boltahe
Sa simula ng ika-19 na siglo, ang mga siyentipiko ay nagsimulang lumikha ng mga aparato para sa pagkuha ng mataas na boltahe ng alternating current. Ginamit ni Heinrich Hertz sa kanyang mga eksperimento ang mga device na available na noong panahong iyon sa physical experimental science at sa electrical engineering.
Ang mga ito ay napaka-katangiang mga aparato kung saan ginamit ang mga phenomena na kilala sa physics, at higit sa lahat, self-induction - ang hitsura ng isang sapilitan na electromotive na puwersa sa mga coils na may isang iron core sa sandali ng isang matalim na pagtaas o mabilis na pagkagambala ng daloy ng kuryente. sa pamamagitan ng mga loop.
Noong 1930s. lumitaw ang mga unang de-koryenteng makina, batay sa pagtawid ng mga magnetic na linya ng puwersa sa pamamagitan ng mga umiikot na coils. Ang unang ganoong mga makina (1832) ay ang mga generator ng I. Pixii, A. Jedlik, B. Jacobi, D. Henry.
Ang isang napakahalagang kaganapan sa pisika at umuusbong na electrical engineering ay ang hitsura ng mga induction machine, na talagang mga transformer na may mataas na boltahe.
Ito ay mga electromagnet na may dalawang coils. Ang kasalukuyang sa unang likid ay pana-panahong naaantala sa isang paraan o iba pa, habang ang isang sapilitan na kasalukuyang lilitaw sa pangalawang likaw (mas tiyak, EMF ng self-induction). Ang unang "mga transformer" na nakahanap ng praktikal na paggamit ay mayroong open-loop magnetic system. Nabibilang sila sa 70s at 80s ng ika-19 na siglo, at ang kanilang hitsura ay nauugnay sa mga pangalan ng P. Yablochkov, I. Usagin, L. Golyar, E. Gibbs at iba pa.
Noong 1837, lumitaw ang mga induction machine o "coils", na nilikha ng Pranses na propesor na si Antoine Masson. Ang mga makinang ito ay pinaandar nang may mabilis na pagkaputol ng kuryente. Ang isang switch sa anyo ng isang gear ay ginamit, na sa panahon ng pag-ikot ay hinawakan ang metal brush sa mga regular na agwat. Ang pagkagambala ng kasalukuyang humantong sa self-induction EMF, at ang mga high-voltage pulse na may sapat na mataas na dalas ay lumitaw sa output ng makina. Ginagamit ni Masson ang makinang ito para sa mga layuning medikal.
Rumkorf induction coil
Noong 1848, napansin ng sikat na master ng mga pisikal na device na si Heinrich Rumkorff (na nagkaroon ng workshop sa Paris para sa paggawa ng apparatus para sa mga pisikal na eksperimento) na ang tensyon sa makina ng Masson ay maaaring tumaas nang malaki kung ang coil ay ginawa na may malaking bilang ng mga liko at ang dalas ng mga pagkaantala ay tumataas nang malaki.
Noong 1852 nagdisenyo siya ng isang coil na may dalawang coils: ang isa ay may makapal na wire at isang maliit na bilang ng mga liko, ang isa ay may manipis na wire at isang napakalaking bilang ng mga liko. Ang pangunahing coil ay pinapagana ng isang baterya sa pamamagitan ng isang vibrating magnetic switch, habang ang isang mataas na boltahe ay sapilitan sa pangalawang.Nakilala ang coil na ito bilang "induction" at ipinangalan sa lumikha nito na Rumkorf.
Ito ay isang napaka-kapaki-pakinabang na pisikal na aparato na kailangan upang magsagawa ng mga eksperimento, at kalaunan ay naging mahalagang bahagi ng mga unang sistema ng radyo at X-ray machine. Lubos na pinahahalagahan ng Paris Academy of Sciences ang merito ni Rumkorff at ginawaran siya ng malaking premyo sa pera sa pangalan ni Volta.
Medyo mas maaga (noong 1838), ang American engineer na si Charles Page, na kasangkot din sa pagpapabuti ng induction coils, ay nakamit ang magagandang resulta — ang kanyang mga device ay nagbigay ng medyo mataas na boltahe. Gayunpaman, sa Europa, walang nalalaman tungkol sa trabaho at pananaliksik ng Page dito nagpatuloy sa isang malayang landas.
Rumkorf reel (1960s)
Kung ang mga unang modelo ng induction coils ay nagbigay ng boltahe na nagdulot ng mga spark na halos 2 cm ang haba, pagkatapos ay noong 1859 L. Nakakuha si Ritchie ng mga spark hanggang sa 35 cm ang haba at hindi nagtagal ay nagtayo si Rumkorff ng induction coil na may mga spark hanggang sa 50 cm ang haba.
Ang Rumkorf induction coil ay nakaligtas halos walang mga pangunahing pagbabago. Ang mga sukat lamang ng mga coils, pagkakabukod, atbp ay nabago. Ang pinakamalaking pagbabago ay nakakaapekto sa pagtatayo at mga prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga circuit breaker sa pangunahing circuit ng induction coil.
Rumkorf coils
Ang isa sa mga unang uri ng mga circuit breaker na ginamit sa Rumkorf coils ay ang tinatawag na "Wagner hammer" o "Neff hammer". Ang napaka-kagiliw-giliw na aparato ay lumitaw noong mga 1840s. at isang electromagnet na pinapagana ng isang baterya sa pamamagitan ng isang movable ferromagnetic lobe na may mga contact.
Kapag ang aparato ay naka-on, ang talulot ay naaakit sa core ng electromagnet, ang contact ay nagambala sa supply circuit ng electromagnet, pagkatapos kung saan ang talulot ay lumipat mula sa core patungo sa orihinal na posisyon nito. Ang proseso ay pagkatapos ay paulit-ulit sa isang dalas na tinutukoy ng laki ng mga bahagi ng system, ang higpit at masa ng talulot, at isang bilang ng iba pang mga kadahilanan.
Ang Wagner-Nef device kalaunan ay naging electric bell at isa sa mga unang electromechanical oscillating system na naging prototype para sa maraming electrical at radio device ng maagang radio engineering. Bilang karagdagan, ginawang posible ng device na ito na i-convert ang direktang kasalukuyang mula sa baterya sa intermittent current.
Ang Wagner-Neff electromechanical switch na ginamit sa Rumkorf coil ay hinihimok ng magnetic forces of attraction ng coil mismo. Siya ay constructively isa sa kanya. Ang kawalan ng Wagner-Neff circuit breaker ay ang mababang kapangyarihan nito, iyon ay, ang kawalan ng kakayahan na matakpan ang malalaking alon kung saan ang mga contact ay sinunog; bukod dito, ang mga circuit breaker na ito ay hindi makapagbibigay ng mataas na dalas ng kasalukuyang pagkagambala.
Ang iba pang mga uri ng mga circuit breaker ay idinisenyo upang matakpan ang malalaking alon sa malalakas na Rumkorf induction coils. Ang mga ito ay batay sa iba't ibang mga pisikal na prinsipyo.
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang disenyo ay ang isang metal rod, medyo makapal, ay gumagalaw pabalik-balik sa isang patayong eroplano, na lumulubog sa isang tasa ng mercury. Kino-convert ng mechanical drive ang rotary motion (sa pamamagitan ng kamay o clockwork o electric motor) sa linear reciprocating motion, kaya ang dalas ng mga pagkaantala ay maaaring mag-iba nang malaki.
Sa isa sa mga unang disenyo ng naturang breaker, na iminungkahi ni J. Foucault, ang actuation ay isinagawa sa pamamagitan ng electromagnet, tulad ng sa Wagner-Neff hammer, at ang mga hard contact ay pinalitan ng mercury.
Hanggang sa katapusan ng siglo XIX. ang pinakalaganap ay ang mga disenyo ng mga kumpanya «Dukret» at «Mak-Kol». Ang mga breaker na ito ay nagbibigay ng breaking speed na 1000-2000 kada minuto at maaaring manual na paandarin. Sa pangalawang kaso, ang mga solong discharge ay maaaring makuha sa Rumkorf coil.
Ang isa pang uri ng breaker ay gumagana sa prinsipyo ng jet at kung minsan ay tinatawag na turbine. Ang mga circuit breaker na ito ay gumagana tulad ng sumusunod.
Ang isang maliit na high-speed turbine ay nagbobomba ng mercury mula sa isang reservoir hanggang sa tuktok ng turbine, mula sa kung saan ang mercury ay inilalabas nang sentripugal sa pamamagitan ng isang nozzle sa anyo ng isang umiikot na jet. Sa mga dingding ng breaker mayroong mga electrodes na matatagpuan sa mga regular na pagitan, na hinawakan ng mercury jet sa panahon ng paggalaw nito. Ganito nangyari ang pagsasara at pagbubukas ng sapat na malakas na alon.
Ang isa pang uri ng switch ay ginamit - electrolytic, batay sa isang kababalaghan na natuklasan ng propesor ng Russia na si N.P. Sluginov noong 1884. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng switch ay binubuo sa katotohanan na kapag ang isang kasalukuyang dumadaan sa isang electrolyte na may sulfuric acid sa pagitan ng napakalaking lead at platinum electrodes ng platinum (positibong) elektrod, na isang manipis na glass-insulated wire na may matalim na dulo, lumitaw ang mga bula ng gas, pana-panahong pinipigilan ang daloy ng kasalukuyang, at ang kasalukuyang ay nagambala.
Ang mga electrolytic circuit breaker ay nagbibigay ng breaking speed na hanggang 500 - 800 bawat segundo. Mastering alternating currents sa electrical engineering sa simula ng ikadalawampu siglo. nagpakilala ng mga bagong posibilidad sa arsenal ng physics at nagsimula na ng radio electronics.
Ang mga alternating current na makina ay ginamit upang paganahin ang mga Rumkorf coils alternating sinusoidal current, na naging posible na gamitin ito nang mas malawak kababalaghan ng resonance sa pangalawang paikot-ikot, at sa ibang pagkakataon bilang mga pinagmumulan ng mga high-frequency na alon na maaaring direktang magamit para sa radiation.
Tesla transpormer
Isa sa mga unang siyentipiko na interesado sa mga katangian ng mataas na dalas, mataas na boltahe na alon ay Nikola Tesla, na gumawa ng napakaseryosong kontribusyon sa pagpapaunlad ng lahat ng electrical engineering. Ang mahuhusay na siyentipiko at imbentor na ito ay may maraming praktikal at orihinal na mga inobasyon.
Matapos ang pag-imbento ng radyo, una siyang nagdisenyo ng isang modelo ng isang barko na kinokontrol ng radyo, gumawa ng mga gas lamp, nagdisenyo ng induction high-frequency electric machine, atbp. Ang bilang ng kanyang mga patent ay umabot sa 800. Ayon sa American radio engineer na si Edwin Armstrong , ang pagtuklas ng mga multiphase na alon at isang induction motor lamang ay magiging sapat na, upang imortalize ang pangalan ni Tesla magpakailanman.
Sa loob ng maraming taon, inalagaan ni Nikola Tesla ang ideya ng wireless na paghahatid ng enerhiya sa malayo sa pamamagitan ng paraan ng kapana-panabik na mundo bilang isang malaking oscillating circuit. Naakit niya ang maraming isipan sa kaisipang ito, nakabuo ng mga mapagkukunan ng high-frequency na electromagnetic na enerhiya at mga naglalabas nito.
Ang paglikha ng aparato ng Tesla, na may napakahalagang papel sa pagbuo ng iba't ibang sangay ng electrical engineering at tinawag na "resonant transformer" o "Tesla transformer", ay nagsimula noong 1891.
Ang resonant transformer ni Tesla (1990s). Ang paglipat ng circuit sa generator ng mga electromagnetic wave
Ang mataas na boltahe na induction coil ng Rumkorf ay pinalabas sa garapon ng Leyden. Ang huli ay sinisingil sa isang mataas na boltahe at pagkatapos ay pinalabas sa pamamagitan ng pangunahing paikot-ikot ng resonant transformer. Kasabay nito, ang isang napakataas na boltahe ay nangyayari sa pangalawang paikot-ikot nito na nakatutok sa resonance sa pangunahin. Tumatanggap ang Tesla ng matataas na boltahe (mga 100 kV) na may dalas na humigit-kumulang 150 kHz. Ang mga boltahe na ito ay nagdulot ng isang pambihirang tagumpay sa hangin sa anyo ng isang paglabas ng brush hanggang sa ilang metro ang haba.