Генератор Goldschmidt - Goldschmidt alternator

Генератор Goldschmidt мощностью 100 кВт в Эйльвезе, Германия. Электродвигатель постоянного тока мощностью 250 л.с. (правильно), повернул 5-тонный ротор диаметром 3 фута (центр), при 4000 об / мин. Ротор имел 360 полюсов, а основная частота генератора переменного тока составляла 24 кГц. Сложные «рефлекторные» схемы (конденсаторные батареи у стен) заставил машину производить переменный ток с частотой 96 кГц, в четыре раза превышающей эту. Передатчик использовался для трансатлантических радиотелеграфия трафик, обмен азбука Морзе сообщения с аналогичной станцией Гольдшмидта в Такертоне, Нью-Джерси, США. Во время Первой мировой войны это был главный канал связи Германии с внешним миром и использовался для дипломатических переговоров между Вудро Вильсон и Кайзер Вильгельм II ведущий к Перемирие.

В Генератор Goldschmidt или рефлекторный генератор, изобретенный в 1908 году немецким инженером Рудольф Гольдшмидт,[1] был вращающаяся машина который произвел радиочастота переменный ток и использовался как радиопередатчик.[2] Генераторы с радиоуправлением, такие как Goldschmidt, были одними из первых непрерывная волна радиопередатчики. Как аналогичный Генератор Alexanderson, он кратко использовался во время Первой мировой войны в нескольких мощных длинноволновый радиостанция передавать заокеанские радиотелеграфия трафик, до 1920-х годов, когда он был устаревшим вакуумная труба передатчики.

Описание

Хотя устройство было радиопередатчиком, оно напоминало электрический генератор используется для производства электроэнергии на электростанции. Как и другие генераторы, он состоял из ротор, несколько футов в диаметре, намотанные катушками проволоки, которые вращались внутри неподвижной рамы, называемой статор у которого были свои катушки.[3] Взаимодействие между магнитными полями ротора и статора создавало радиочастотные токи в обмотках статора, которые подавались на антенна.

Радиочастотный генератор переменного тока отличался от обычного электрического генератора тем, что позволял производить радиочастота ток он вращался намного быстрее и имел намного больше магнитных «полюсов» на роторе и статоре,[3] обычно от 300 до 600. Генератор Goldschmidt вращался мощным электродвигателем постоянного тока, прикрепленным к валу, через зубчатая передача что увеличило скорость двигателя до нескольких тысяч оборотов в минуту. Преимущество конструкции Гольдшмидта состояло в том, что использование внешних конденсаторных батарей типа «отражатель» приводило к тому, что выходная частота была кратной (гармонический ) скорости вращения генератора, это позволяло поддерживать более низкую скорость вращения, упрощая механическую конструкцию.[3] Передатчики Goldschmidt эксплуатируются в длинноволновый (LF и VLF ) частот от 20 до 100 кГц.

Машины Гольдшмидта использовались с 1910 по 1930 год в качестве передатчиков на нескольких центральных "сверхмощных" длинноволновых радиостанциях, которые использовались не для радиовещания, а для беспроводной телеграф, передавать телеграф сообщения в азбука Морзе на аналогичные станции в других странах по всему миру. Только передатчики генератора, такие как Goldschmidt и Alexanderson мог производить большие мощности (от 50 до 200 кВт), необходимые для надежной связи на трансокеанских расстояниях. Goldschmidt был менее широко используемой конструкцией, в основном используемой на европейских станциях. Сами станции напоминали коммунальную электростанцию ​​с большими электродвигателями, вращающими гудящие генераторы переменного тока, которые были связаны через огромные загрузочные катушки к огромным проволочным антенным системам, простирающимся на многие мили, подвешенным на стальных опорах.

История

Генератор 12,5 кВт Goldschmidt, установленный в 1910 году на беспроводной станции в Эберсвальде, Германия. Он имел выходную мощность 12,5 кВт при частоте 30 кГц или от 8 до 10 кВт при 60 кГц. Он состоит из электродвигателя постоянного тока (осталось) вождение генератора (правильно) через коробку передач (центр) который увеличивает скорость вращения.

Генераторы для радио

Около 1900 г. стало ясно, что существующая технология производства радиоволны, то передатчик искрового разрядника, было неадекватным, поскольку генерировало затухающие волны. Были предприняты усилия по разработке передатчика, который генерировал бы синусоидальный непрерывные волны, потому что они могут быть получены на большем расстоянии, а также могут быть модулированный передавать аудио (звук) в дополнение к азбука Морзе. В 1891 г. Фредерик Траутон отметил, что если Генератор переменного тока (генератор ), что дает переменный ток, можно построить достаточно быстро, с достаточным магнитные полюса на его арматура, он будет генерировать переменный ток в радиочастота ассортимент. Если п - количество пар полюсов и U - скорость вращения в оборотах в секунду, частота ж в герцах тока, производимого генератором переменного тока, составляет

Ряд исследователей, начиная с Элиу Томсон и Никола Тесла пытались построить радиогенераторы, но они не смогли создать частоты выше 15 кГц из-за технических проблем, связанных с построением машины с множеством полюсов, которая могла бы вращаться достаточно быстро.[4] В 1906 г. Реджинальд Фессенден и Эрнст Александерсон в General Electric начали решать проблемы и строить генераторы переменного тока, которые могли бы производить частоты в радиодиапазоне выше 20 кГц. Однако Генератор Alexanderson работал на очень высоких скоростях; для достижения 100 кГц с 300-полюсным ротором требовалась частота вращения ротора 20 000 об / мин, что было на пределе инженерных возможностей того времени.[4] В 1916 году машины Alexanderson достигли высокой мощности, необходимой для трансатлантического сообщения, и были чрезвычайно сложными и дорогими.

Машина Гольдшмидта

Ротор машины Eilvese

В 1908 году инженер Вестингауза Рудольф Гольдшмидт разработал замысловатый метод, позволяющий генератору переменного тока генерировать высокую частоту, не требуя чрезмерных скоростей.[1] Его техника заключалась в использовании резонанс и нелинейный насыщение характеристика железного ротора для использования генератора в качестве умножитель частоты а также генератор.[1][3][5] Прикрепив настроенные схемы Гольдшмидт обнаружил, что генератор переменного тока может быть создан для выработки выходной мощности с многократной выходной мощностью, называемой «отражательными» цепями для обмоток статора и ротора.гармонический ) его основной частоты вращения ПУ.[3] Выходная частота генератора Гольдшмидта была

где N было маленьким целым числом, номером гармоники. N было ограничено до 4 в большинстве практичных машин, поскольку потери из-за поток утечки быстро росла с увеличением N. Таким образом, машина Гольдшмидта 100 кГц с п = 300 полюсов потребует скорости ротора только U = 5000 об / мин, что составляет четверть от аналогичной машины Alexanderson. Эффективность 80% может быть достигнута, но чтобы сохранить поток утечки Достаточно низкий, чтобы достичь этого, машине требуется очень узкий зазор 0,8 мм между статором и ротором, который может весить 5 тонн и двигаться с окружной скоростью 200 метров в секунду.[3][4] Еще одна проблема заключалась в том, чтобы уменьшить гистерезис потери в железном роторе на радиочастотах, он должен был быть сделан из очень тонких слоев фольги толщиной 0,05 мм (0,002 дюйма), разделенных листами бумаги,[3] так что на роторе было больше 1/3 бумаги. Ротор такой конструкции никогда не использовался в большой машине. Предел выходной частоты для генераторов Goldschmidt, а также для других технологий генераторов, составлял около 200 кГц. Механические проблемы в конечном итоге ограничили использование станков Гольдшмидта.

Использовать

Машина была разработана и изготовлена ​​немецкой компанией Hochfrequenz-Maschinen Aktiengesellschaft für Drahtlose Telegraphie («Homag») и в основном использовалась в Европе. Машина Гольдшмидта, как Alexanderson и другие передатчики генератора переменного тока, использовалась в основном для мощных длинноволновых станций, которые передавали радиотелеграфия сообщения, как коммерческие станции, которые обрабатывали частный трафик, так и военно-морские станции, которые держали правительства на связи со своими колониями и военно-морским флотом. Первая машина Гольдшмидта в Великобритании, передатчик 12 кВт, 60 кГц, была установлена ​​в Стау в 1912 году.[1] Блок на 100 кВт, 400 полюсов (верх страницы) введен в эксплуатацию в Эйлвезе, Нойштадт-ам-Рюбенбергер, Германия и первой машиной в США была аналогичная установка на 120 кВт, 400 полюсов, 40,5 кГц в Такертоне, штат Нью-Джерси.[3] Машина Эйльвезе была основным каналом связи Германии с миром во время Первая Мировая Война, и использовался Кайзер Вильгельм II и президент США Вудро Вильсон вести переговоры о перемирии, положившем конец войне.

Расцвет больших радиопередатчиков с генератором переменного тока пришелся на 1918 год. Первая мировая война продемонстрировала странам стратегическое значение радиосвязи, поскольку без нее они могли легко быть изолированы врагами, перерезавшими их подводные телеграфные кабели. Это спровоцировало послевоенный бум строительства больших трансконтинентальных радиостанций с генераторами переменного тока. Однако эти дорогие чудовища устарели даже после того, как были установлены. Изобретение триод вакуумная труба в 1906 г. Ли Де Форест, а генератор обратной связи цепь в 1912 г. Эдвин Армстронг и Александр Мейснер, стало возможным меньше и дешевле вакуумная труба передатчики, которые к концу Первой мировой войны могли производить столько же радиомощности, сколько генераторы переменного тока. К 1921 году компания Marconi Co. установила передатчики на электронных лампах мощностью 100 кВт для трансатлантического обмена сообщениями на своих станциях в Карнарвоне, Уэльс, и Глейс-Бэй, Ньюфаундленд. Из-за огромных капитальных затрат унаследованные передатчики генератора продолжали использоваться в течение 1930-х годов и использовались во время Второй мировой войны для связи с подводными лодками. Неизвестно, когда был списан последний станок Гольдшмидта.

Другие радиогенераторы

Генератор Гольдшмидта был одним из нескольких типов вращающихся «радиочастотных генераторов», использовавшихся в качестве радиопередатчиков в течение первых двух десятилетий 20-го века.[6][3][4] Передатчики генератора генерируют более чистый сигнал с меньшим количеством гармоник, чем их главный конкурент, Арка Поульсена передатчик, поэтому они использовались в телеграфных станциях самой высокой мощности. Машины различались тем, как они решали фундаментальную проблему получения высоких частот без превышения механических возможностей вращающихся машин:

  • Генератор Alexanderson - У этой машины был ротор, который вращался с достаточно высокой скоростью, чтобы производить радиочастотный сигнал напрямую.[4] Вероятно, это был наиболее широко используемый тип. Однако требуется высокая скорость вращения, около 20000 об / мин,[4] сделали механическую конструкцию очень сложной, требуя статора с водяным охлаждением и принудительной масляной смазки. На разработку генератора Alexanderson ушло 10 лет, и он был очень дорогим. Это было произведено General Electric и используется дочерней компанией RCA и ВМС США.
  • Генератор Bethenod-Latour - У этой машины было два или три ротора на одном валу, причем роторы выдвинуты под углом, поэтому основные сигналы переменного тока, которые они производили, имели разные фазы.[3] Токи от отдельных роторов объединялись, давая сигнал с частотой в два или три раза выше.[3] В Санкт-Ассизе в Париже использовались машины Bethenod мощностью 25 кВт, 250 кВт, 500 кВт.[3]
  • Генератор Joly-Arco - В этой машине генератор генерировал свой сигнал на более низкой основной частоте, и частота была умножена в 2-4 раза в магнитный усилитель,[3] а нелинейный индуктор с его железным сердечником, намагниченным постоянным током во вспомогательной обмотке, который произвел гармонику основной частоты.[4] Это устройство было разработано Telefunken / AEG.[3] и один был установлен на их трансатлантических станциях беспроводной телеграфии в Сейвилле, Лонг-Айленд, США, и Буэнос-Айресе, Аргентина.[4] Одними из самых крупных были два генератора переменного тока мощностью 400 кВт, установленные в 1916 г. Передающая станция Науэн, Науэн, Германия, который генерировал частоту 6 кГц при токе 1200 ампер с 240-полюсным ротором диаметром 7 тонн 1,65 м, вращающимся со скоростью 1500 об / мин, которая была увеличена до 24 кГц с помощью двух магнитных удвоителей с масляным охлаждением. Науэн был основным каналом связи Германии во время войны, а генераторы переменного тока использовались во время Второй мировой войны для связи с подводными лодками.

использованная литература

  1. ^ а б c d Бернс, Рассел В. (2004). Коммуникации: международная история первых лет становления. Институт инженеров-электриков. п. 365. ISBN  0863413277.
  2. ^ Граф, Рудольф Ф. Граф (1999). Современный словарь электроники. Newnes. п. 323. ISBN  0750698667.
  3. ^ а б c d е ж г час я j k л м п Тернер, Л. Б. (1931). Беспроводной. Великобритания: Cambridge Univ. Нажмите. С. 132–141. ISBN  9781107636187.
  4. ^ а б c d е ж г час Андерсон, Уильям Баллантайн (1919). Физика для студентов технических специальностей. McGraw-Hill Book Co., стр.770 –771. Александр Гольдшмидт Джоли Арко.
  5. ^ Майер, Эмиль Э. (март 1914 г.). «Система радиотелеграфии Гольдшмидта». Proc. IRE. Нью-Йорк: Институт радиоинженеров. 2 (1): 69–92. Получено 4 октября, 2013.
  6. ^ «Беспроводная телеграфия». Энциклопедия Нельсона. 12. Томас Нельсон и сыновья. 1907. стр. 611F.. Получено 19 июн 2020.