Enheter for mottak av høyspente vekselstrømpulser: Rumkorff-spole og Tesla-transformator

Tekniske enheter for mottak av høyspenning

På begynnelsen av 1800-tallet begynte forskere å lage enheter for å oppnå høye spenninger med vekselstrøm. Heinrich Hertz brukte i sine eksperimenter enhetene som allerede var tilgjengelige på den tiden i fysisk eksperimentell vitenskap og i elektroteknikk.

Dette var svært karakteristiske enheter der fenomener kjent i fysikk ble brukt, og fremfor alt selvinduksjon - utseendet til en indusert elektromotorisk kraft i spoler med en jernkjerne i øyeblikket med en kraftig økning eller rask avbrudd av den elektriske strømmen som passerer gjennom løkkene.

På 1930-tallet. de første elektriske maskinene dukket opp, basert på kryssingen av magnetiske kraftlinjer ved hjelp av roterende spoler. De første slike maskinene (1832) var generatorene til I. Pixii, A. Jedlik, B. Jacobi, D. Henry.

En veldig viktig begivenhet innen fysikk og fremvoksende elektroteknikk var utseendet til induksjonsmaskiner, som faktisk var høyspenttransformatorer.

Dette var elektromagneter med to spoler. Strømmen i den første spolen avbrytes periodisk på en eller annen måte, mens en indusert strøm vises i den andre spolen (mer presist, EMF av selvinduksjon). De første "transformatorene" som fant praktisk bruk hadde et magnetisk system med åpen sløyfe. De tilhører 70- og 80-tallet av 1800-tallet, og deres utseende er assosiert med navnene til P. Yablochkov, I. Usagin, L. Golyar, E. Gibbs og andre.

I 1837 dukket det opp induksjonsmaskiner eller "spoler", laget av den franske professoren Antoine Masson. Disse maskinene drev med et raskt strømbrudd. Det ble brukt en bryter i form av et tannhjul, som under rotasjon berørte metallbørsten med jevne mellomrom. Strømavbruddet førte til selvinduksjons-EMF, og høyspentpulser med tilstrekkelig høy frekvens dukket opp ved maskinens utgang. Masson bruker denne maskinen til medisinske formål.

Rumkorf induksjonsspole

I 1848 la den berømte mesteren av fysiske apparater Heinrich Rumkorff (som hadde et verksted i Paris for produksjon av apparater for fysiske eksperimenter) merke til at spenningen i Massons maskin kunne økes betydelig hvis spolen ble laget med et stort antall omdreininger og frekvensen av avbrudd øker betydelig.

I 1852 tegnet han en spole med to spoler: en med tykk tråd og et lite antall omdreininger, den andre med tynn tråd og et veldig stort antall omdreininger. Primærspolen drives av et batteri gjennom en vibrerende magnetisk bryter, mens en høyspenning induseres i sekundæren.Denne spolen ble kjent som "induksjon" og ble oppkalt etter skaperen Rumkorf.

Det var en veldig nyttig fysisk enhet som var nødvendig for å utføre eksperimenter, og ble senere en integrert del av de første radiosystemene og røntgenmaskinene. Vitenskapsakademiet i Paris satte stor pris på Rumkorffs fortjeneste og tildelte ham en stor pengepris i navnet Volta.

Litt tidligere (i 1838) oppnådde den amerikanske ingeniøren Charles Page, som også var med på å forbedre induksjonsspoler, gode resultater — hans apparater ga ganske høye spenninger. I Europa var imidlertid ingenting kjent om Pages arbeid og forskningen her fortsatte på en uavhengig vei.

Rumkorf snelle (1960-tallet)

Hvis de første modellene av induksjonsspoler ga en spenning som forårsaket gnister på omtrent 2 cm lange, så fikk L. Ritchie i 1859 gnister på opptil 35 cm lange og Rumkorff bygde snart en induksjonsspole med gnister på opptil 50 cm.

Rumkorf induksjonsspolen har overlevd nesten uten grunnleggende endringer. Kun dimensjoner på spolene, isolasjon osv. er endret. De største endringene påvirker konstruksjonen og prinsippene for drift av effektbryterne i primærkretsen til induksjonsspolen.

Rumkorf spoler

En av de første typene effektbrytere som ble brukt i Rumkorf-spoler var den såkalte "Wagner-hammeren" eller "Neff-hammeren". Denne veldig interessante enheten dukket opp rundt 1840-tallet. og var en elektromagnet drevet av et batteri via en bevegelig ferromagnetisk lobe med kontakter.

Når enheten ble slått på, ble kronbladet tiltrukket av kjernen av elektromagneten, kontakten avbrøt forsyningskretsen til elektromagneten, hvoretter kronbladet beveget seg bort fra kjernen til sin opprinnelige posisjon. Prosessen gjentas deretter med en frekvens som bestemmes av størrelsen på systemdelene, stivheten og massen til kronbladet og en rekke andre faktorer.

Wagner-Nef-enheten ble senere den elektriske klokken og var et av de første elektromekaniske oscillerende systemene som ble prototypen for mange elektriske og radioapparater fra tidlig radioteknikk. I tillegg gjorde denne enheten det mulig å konvertere likestrøm fra batteriet til intermitterende strøm.

Wagner-Neff elektromekaniske bryter som brukes i Rumkorf-spolen drives av de magnetiske tiltrekningskreftene til selve spolen. Han var konstruktivt ett med henne. Ulempen med Wagner-Neff effektbryter var dens lave effekt, det vil si manglende evne til å avbryte store strømmer der kontaktene ble brent; dessuten kan disse effektbryterne ikke gi en høy frekvens av strømavbrudd.

Andre typer effektbrytere er designet for å avbryte store strømmer i kraftige Rumkorf induksjonsspoler. De er basert på forskjellige fysiske prinsipper.

Prinsippet for drift av en design er at en metallstang, ganske tykk, beveger seg frem og tilbake i et vertikalt plan, og synker ned i en kopp kvikksølv. En mekanisk drivenhet konverterer roterende bevegelse (for hånd eller urverk eller elektrisk motor) til lineær frem- og tilbakegående bevegelse, slik at frekvensen av avbrudd kan variere mye.

I en av de tidlige designene av en slik bryter, foreslått av J. Foucault, ble aktiveringen utført ved hjelp av en elektromagnet, som i Wagner-Neff-hammeren, og de harde kontaktene ble erstattet av kvikksølv.

Fram til slutten av XIX århundre. mest utbredt er designene til selskapene «Dukret» og «Mak-Kol». Disse bryterne gir en bruddhastighet på 1000-2000 per minutt og kan betjenes manuelt. I det andre tilfellet kan enkeltutladninger oppnås på Rumkorf-spolen.

En annen type bryter opererer på jetprinsippet og kalles noen ganger en turbin. Disse effektbryterne fungerte som følger.

En liten høyhastighetsturbin pumper kvikksølv fra et reservoar til toppen av turbinen, hvorfra kvikksølvet skytes ut sentrifugalt gjennom en dyse i form av en roterende stråle. På veggene til bryteren var det elektroder plassert med jevne mellomrom, som ble berørt av kvikksølvstrålen under bevegelsen. Slik skjedde stenging og åpning av tilstrekkelig sterke strømmer.

En annen type bryter ble brukt - elektrolytisk, basert på et fenomen oppdaget av den russiske professoren N.P. Sluginov i 1884. Prinsippet for drift av bryteren besto i det faktum at når en strøm passerer gjennom en elektrolytt med svovelsyre mellom det massive blyet og platinaelektroder av platina (positiv) elektroden, som er en tynn glassisolert ledning med en skarp ende, gassbobler dukket opp, med jevne mellomrom hindret strømmen, og strømmen ble avbrutt.

Elektrolytiske strømbrytere gir brytehastigheter på opptil 500 - 800 per sekund. Mestring av vekselstrøm i elektroteknikk på begynnelsen av det tjuende århundre. introduserte nye muligheter i fysikkens arsenal og startet allerede radioelektronikk.

Vekselstrømsmaskiner ble brukt til å drive Rumkorf-spoler sinusformet vekselstrøm, noe som gjorde det mulig å bruke den bredere resonansfenomen i sekundærviklingen, og senere som kilder til høyfrekvente strømmer som direkte kan brukes til stråling.

Tesla transformator

En av de første forskerne som var interessert i egenskapene til høyfrekvente høyspentstrømmer var Nikola Tesla, som ga et meget seriøst bidrag til utviklingen av all elektroteknikk. Denne talentfulle vitenskapsmannen og oppfinneren har mange praktiske og originale innovasjoner.

Etter oppfinnelsen av radioen designet han først en modell av et radiostyrt skip, utviklet gasslamper, designet en induksjons høyfrekvent elektrisk maskin osv. Antallet patenter nådde 800. Ifølge den amerikanske radioingeniøren Edwin Armstrong , oppdagelsen av flerfasestrømmer og bare én induksjonsmotor ville være ganske nok til å udødeliggjøre Teslas navn for alltid.

I mange år næret Nikola Tesla ideen om trådløs overføring av energi på avstand ved hjelp av metoden for å spennende jorden som en stor oscillerende krets. Han fanget mange sinn med denne tanken, utviklet kilder til høyfrekvent elektromagnetisk energi og dens emittere.

Opprettelsen av Teslas enhet, som spilte en svært viktig rolle i utviklingen av ulike grener innen elektroteknikk og ble kalt "resonanstransformatoren" eller "Tesla-transformatoren", går tilbake til 1891.

Teslas resonanstransformator (1990-tallet). Byttekrets i generatoren av elektromagnetiske bølger

Rumkorfs høyspentinduksjonsspole utlades i Leyden-krukken. Sistnevnte lades til høyspenning og utlades deretter gjennom primærviklingen til resonanstransformatoren. Samtidig oppstår en veldig høy spenning på dens sekundære vikling innstilt i resonans med primæren. Tesla mottar høye spenninger (ca. 100 kV) med en frekvens på ca. 150 kHz. Disse spenningene forårsaket et gjennombrudd i luften i form av en børsteutladning på opptil flere meter.