Peranti untuk menerima denyutan arus ulang-alik voltan tinggi: Gegelung Rumkorff dan pengubah Tesla

Peranti teknikal untuk menerima voltan tinggi

Pada awal abad ke-19, saintis mula mencipta peranti untuk mendapatkan voltan tinggi arus ulang-alik. Heinrich Hertz dalam eksperimennya menggunakan peranti yang telah tersedia pada masa itu dalam sains eksperimen fizikal dan dalam kejuruteraan elektrik.

Ini adalah peranti yang sangat berciri di mana fenomena yang diketahui dalam fizik digunakan, dan yang paling penting, aruhan kendiri — penampilan daya gerak elektrik teraruh dalam gegelung dengan teras besi pada saat peningkatan mendadak atau gangguan pantas arus elektrik yang mengalir. melalui gelung.

Pada tahun 1930-an. mesin elektrik pertama muncul, berdasarkan persilangan garis daya magnet dengan cara gegelung berputar. Mesin pertama sedemikian (1832) ialah penjana I. Pixii, A. Jedlik, B. Jacobi, D. Henry.

Satu peristiwa yang sangat penting dalam fizik dan kejuruteraan elektrik yang baru muncul ialah kemunculan mesin aruhan, yang sebenarnya merupakan pengubah voltan tinggi.

Ini adalah elektromagnet dengan dua gegelung. Arus dalam gegelung pertama terganggu secara berkala dalam satu cara atau yang lain, manakala arus teraruh muncul dalam gegelung kedua (lebih tepat, EMF induksi diri). "Transformer" pertama yang menemui kegunaan praktikal mempunyai sistem magnet gelung terbuka. Mereka tergolong dalam 70-an dan 80-an abad ke-19, dan penampilan mereka dikaitkan dengan nama P. Yablochkov, I. Usagin, L. Golyar, E. Gibbs dan lain-lain.

Pada tahun 1837, mesin aruhan atau "gegelung" muncul, dicipta oleh profesor Perancis Antoine Masson. Mesin ini beroperasi dengan pemadaman kuasa yang cepat. Suis dalam bentuk gear digunakan, yang semasa putaran menyentuh berus logam pada selang masa yang tetap. Gangguan arus membawa kepada EMF aruhan sendiri, dan denyutan voltan tinggi dengan frekuensi yang cukup tinggi muncul pada output mesin. Masson menggunakan mesin ini untuk tujuan perubatan.

Gegelung aruhan Rumkorf

Pada tahun 1848, pakar peranti fizikal terkenal Heinrich Rumkorff (yang mempunyai bengkel di Paris untuk pembuatan radas untuk eksperimen fizikal) menyedari bahawa ketegangan dalam mesin Masson boleh meningkat dengan ketara jika gegelung dibuat dengan bilangan lilitan yang banyak dan kekerapan gangguan meningkat dengan ketara.

Pada tahun 1852 dia mereka bentuk gegelung dengan dua gegelung: satu dengan wayar tebal dan sebilangan kecil lilitan, satu lagi dengan wayar nipis dan bilangan lilitan yang sangat besar. Gegelung primer dikuasakan oleh bateri melalui suis magnet yang bergetar, manakala voltan tinggi teraruh di sekunder.Gegelung ini dikenali sebagai "induksi" dan dinamakan sempena penciptanya Rumkorf.

Ia merupakan peranti fizikal yang sangat berguna yang diperlukan untuk menjalankan eksperimen, dan kemudiannya menjadi sebahagian daripada sistem radio pertama dan mesin sinar-X. Akademi Sains Paris sangat menghargai jasa Rumkorff dan menganugerahkannya hadiah wang yang besar atas nama Volta.

Sedikit lebih awal (pada tahun 1838), jurutera Amerika Charles Page, yang juga terlibat dalam menambah baik gegelung aruhan, mencapai keputusan yang baik — perantinya memberikan voltan yang agak tinggi. Di Eropah, bagaimanapun, tiada apa yang diketahui tentang kerja dan penyelidikan Page di sini diteruskan pada jalan bebas.

Kekili Rumkorf (1960-an)

Jika model pertama gegelung aruhan memberikan voltan yang menyebabkan percikan api kira-kira 2 cm panjang, maka pada tahun 1859 L. Ritchie memperoleh percikan api sehingga 35 cm panjang dan Rumkorff tidak lama kemudian membina gegelung aruhan dengan percikan api sehingga 50 cm panjang.

Gegelung aruhan Rumkorf telah bertahan hampir tanpa perubahan asas. Hanya dimensi gegelung, penebat, dan lain-lain telah diubah. Perubahan terbesar mempengaruhi pembinaan dan prinsip operasi pemutus litar dalam litar utama gegelung aruhan.

Gegelung Rumkorf

Salah satu jenis pemutus litar pertama yang digunakan dalam gegelung Rumkorf ialah apa yang dipanggil "tukul Wagner" atau "tukul Neff". Peranti yang sangat menarik ini muncul sekitar tahun 1840-an. dan merupakan elektromagnet yang dikuasakan oleh bateri melalui lobus feromagnetik boleh alih dengan sesentuh.

Apabila peranti dihidupkan, kelopak tertarik ke teras elektromagnet, sentuhan mengganggu litar bekalan elektromagnet, selepas itu kelopak berpindah dari teras ke kedudukan asalnya. Proses itu kemudiannya diulang pada frekuensi yang ditentukan oleh saiz bahagian sistem, kekakuan dan jisim kelopak, dan beberapa faktor lain.

Peranti Wagner-Nef kemudiannya menjadi loceng elektrik dan merupakan salah satu sistem ayunan elektromekanikal pertama yang menjadi prototaip untuk banyak peranti elektrik dan radio kejuruteraan radio awal. Di samping itu, peranti ini memungkinkan untuk menukar arus terus dari bateri kepada arus terputus-putus.

Suis elektromekanikal Wagner-Neff yang digunakan dalam gegelung Rumkorf didorong oleh daya tarikan magnet gegelung itu sendiri. Dia secara membina satu dengan dia. Kelemahan pemutus litar Wagner-Neff adalah kuasanya yang rendah, iaitu, ketidakupayaan untuk mengganggu arus besar di mana kenalan dibakar; tambahan pula, pemutus litar ini tidak dapat memberikan frekuensi gangguan arus yang tinggi.

Jenis pemutus litar lain direka untuk mengganggu arus besar dalam gegelung aruhan Rumkorf yang berkuasa. Mereka berdasarkan prinsip fizikal yang berbeza.

Prinsip operasi satu reka bentuk ialah rod logam, agak tebal, bergerak ke sana ke mari dalam satah menegak, tenggelam ke dalam cawan merkuri. Pemacu mekanikal menukarkan gerakan berputar (dengan tangan atau kerja jam atau motor elektrik) kepada gerakan salingan linear, jadi kekerapan gangguan boleh berbeza-beza secara meluas.

Dalam salah satu reka bentuk awal pemutus sedemikian, yang dicadangkan oleh J. Foucault, penggerakan dilakukan dengan menggunakan elektromagnet, seperti dalam tukul Wagner-Neff, dan sesentuh keras digantikan dengan merkuri.

Sehingga akhir abad XIX. yang paling meluas ialah reka bentuk syarikat «Dukret» dan «Mak-Kol». Pemutus ini memberikan kelajuan pecah 1000-2000 seminit dan boleh dikendalikan secara manual. Dalam kes kedua, pelepasan tunggal boleh diperolehi pada gegelung Rumkorf.

Satu lagi jenis pemutus beroperasi pada prinsip jet dan kadangkala dipanggil turbin. Pemutus litar ini berfungsi seperti berikut.

Turbin berkelajuan tinggi kecil mengepam merkuri dari takungan ke bahagian atas turbin, dari mana merkuri dikeluarkan secara emparan melalui muncung dalam bentuk pancutan berputar. Di dinding pemutus terdapat elektrod yang terletak pada selang masa yang tetap, yang disentuh oleh jet merkuri semasa pergerakannya. Ini adalah bagaimana penutupan dan pembukaan arus yang cukup kuat berlaku.

Satu lagi jenis suis digunakan - elektrolitik, berdasarkan fenomena yang ditemui oleh profesor Rusia N.P. Sluginov pada tahun 1884. Prinsip operasi suis terdiri daripada fakta bahawa apabila arus melalui elektrolit dengan asid sulfurik antara plumbum besar dan elektrod platinum elektrod platinum (positif), yang merupakan wayar bertebat kaca nipis dengan hujung yang tajam, gelembung gas muncul, secara berkala menghalang aliran arus, dan arus terganggu.

Pemutus litar elektrolitik memberikan kelajuan pecah sehingga 500 - 800 sesaat. Menguasai arus ulang alik dalam kejuruteraan elektrik pada awal abad kedua puluh. memperkenalkan kemungkinan baru ke dalam senjata fizik dan sudah memulakan elektronik radio.

Mesin arus ulang-alik digunakan untuk menggerakkan gegelung Rumkorf arus sinusoidal ulang alik, yang memungkinkan untuk menggunakannya dengan lebih meluas fenomena resonans dalam belitan sekunder, dan kemudiannya sebagai sumber arus frekuensi tinggi yang boleh digunakan secara langsung untuk sinaran.

Pengubah Tesla

Salah seorang saintis pertama yang berminat dengan sifat-sifat frekuensi tinggi, arus voltan tinggi ialah Nikola Tesla, yang memberikan sumbangan yang sangat serius kepada pembangunan semua kejuruteraan elektrik. Saintis dan pencipta berbakat ini mempunyai banyak inovasi praktikal dan asli.

Selepas penciptaan radio, dia mula-mula mereka bentuk model kapal kawalan radio, membangunkan lampu gas, mereka bentuk mesin elektrik frekuensi tinggi aruhan, dll. Bilangan patennya mencapai 800. Menurut jurutera radio Amerika Edwin Armstrong , penemuan arus berbilang fasa dan hanya satu motor aruhan sudah cukup , untuk mengabadikan nama Tesla selama-lamanya.

Selama bertahun-tahun, Nikola Tesla memupuk idea penghantaran tenaga tanpa wayar pada jarak jauh dengan kaedah mengujakan bumi sebagai litar berayun yang besar. Dia menawan banyak fikiran dengan pemikiran ini, membangunkan sumber tenaga elektromagnet frekuensi tinggi dan pemancarnya.

Penciptaan peranti Tesla, yang memainkan peranan yang sangat penting dalam pembangunan pelbagai cabang kejuruteraan elektrik dan dipanggil "pengubah resonans" atau "pengubah Tesla", bermula pada tahun 1891.

Pengubah resonan Tesla (1990-an). Litar pensuisan dalam penjana gelombang elektromagnet

Gegelung aruhan voltan tinggi Rumkorf dilepaskan ke dalam balang Leyden. Yang terakhir dicas ke voltan tinggi dan kemudian dilepaskan melalui belitan utama pengubah resonans. Pada masa yang sama, voltan yang sangat tinggi berlaku pada belitan sekundernya yang ditala dalam resonans dengan primer. Tesla menerima voltan tinggi (kira-kira 100 kV) dengan frekuensi kira-kira 150 kHz. Voltan ini menyebabkan penembusan di udara dalam bentuk pelepasan berus sehingga beberapa meter panjang.