Александерсон генератора переменного тока является вращающейся машиной изобретен Александерсон в 1904 для генерации высокочастотного переменного тока для использования в качестве радиопередатчика . Это было одно из первых устройств, способных генерировать непрерывные радиоволны, необходимые для передачи амплитудной модуляции (звука) по радио. Он использовался примерно с 1910 года на нескольких "сверхмощных" длинноволновых радиотелеграфных станциях для передачи трансокеанских сообщений с помощью кода Морзе на аналогичные станции по всему миру.
Хотя генератор переменного тока Alexanderson устарел к началу 1920-х годов из-за развития ламповых передатчиков, он продолжал использоваться до Второй мировой войны . Он включен в список этапов IEEE как ключевое достижение в области электротехники . [1]
История [ править ]
Предыдущие разработки [ править ]
После открытия радиоволн в 1887 году первое поколение радиопередатчиков, передатчиков с искровым разрядником , производило цепочки затухающих волн , импульсы радиоволн, которые быстро затухали до нуля. К 1890-м годам стало ясно, что затухающие волны имеют недостатки; их энергия распределялась по широкой полосе частот, поэтому передатчики на разных частотах создавали помехи друг другу, и их нельзя было модулировать звуковым сигналом для передачи звука. Были предприняты попытки изобрести передатчики, которые производили бы непрерывные волны , синусоидальный переменный ток на одной частоте.
В лекции 1891 года Фредерик Томас Траутон указал, что если электрический генератор переменного тока будет работать с достаточно большой скоростью цикла (то есть, если он будет вращаться достаточно быстро и будет построен с достаточно большим количеством магнитных полюсов на его якоре), он будет генерировать непрерывные волны на радиочастоте. [2] Начиная с Элиу Томсона в 1889 г. [3] [4] [5] [6], ряд исследователей построили генераторы высокой частоты, Никола Тесла [7] [8] (1891, 15 кГц), Саломонс и Пайк [ 8] (1891, 9 кГц), Парсонс и Юинг (1892, 14 кГц), Сименс [8] (5 кГц), Б.Г. Ламме [8](1902, 10 кГц), но ни один не смог достичь частот, необходимых для радиопередачи, выше 20 кГц. [5]
Строительство [ править ]
В 1904 году Фессенден контракт с General Electric для генератора переменного тока , который генерирует частоту 100000 герц [ править ] для непрерывной волны радио. Генератор был разработан Эрнстом Александерсоном . Генератор Alexanderson широко использовался для длинноволновой радиосвязи на береговых станциях, но был слишком большим и тяжелым, чтобы его можно было установить на большинстве кораблей. В 1906 году были поставлены первые генераторы мощностью 50 киловатт. Один был у Реджинальда Фессендена в Брант-Рок, штат Массачусетс , другой - у Джона Хейса Хаммонда-младшего в Глостере, штат Массачусетс, а третий - вAmerican Marconi Company в Нью-Брансуике, Нью-Джерси .
В 1911 году Александерсон получит патент на свое устройство. Генератор переменного тока Alexanderson последовал за вращающимся передатчиком с искровым разрядником Фессендена в качестве второго радиопередатчика, модулируемого для передачи человеческого голоса. До изобретения вакуумной трубки (клапан) осцилляторов в 1913 году , таких как генератора Armstrong , генератор Александерсон был важным высокой мощности радио передатчика , и позволил амплитудной модуляции радиопередачи человеческого голоса. Последний оставшийся в рабочем состоянии генератор Alexanderson находится на передатчике VLF Grimeton в Швеции и находился в регулярной эксплуатации до 1996 года. Он продолжает работать в течение нескольких минут.День Александерсона , который ежегодно отмечается либо в последнее воскресенье июня, либо в первое воскресенье июля.
Первая мировая война и формирование RCA [ править ]
Начало Первой мировой войны вынудило европейские страны временно отказаться от развития международных сетей радиосвязи, в то время как Соединенные Штаты активизировали усилия по развитию трансокеанского радио. К концу войны генератор Alexanderson работал, чтобы надежно обеспечивать трансокеанскую радиосвязь. Британский Маркони предложил General Electric бизнесу 5000 долларов в обмен на эксклюзивные права на использование генератора, но как раз перед завершением сделки американский президент Вудро Вильсон попросил GE отклонить предложение, что дало бы британцам (которые были лидер в области подводных кабелей) доминирование над мировой радиосвязью. GE выполнила просьбу и присоединилась к American Telephone and Telegraph (AT&T), United Fruit Company , Western Electric Company и Westinghouse Electric and Manufacturing Company, чтобы сформировать Radio Corporation of America (RCA), передав американским компаниям контроль над американским радио. в первый раз. [9]
Станции [ править ]
Торн Л. Мэйс идентифицировал производство десяти пар генераторов Alexanderson мощностью 200 кВт, всего 20 передатчиков, в период до 1924 г .: [10]
| Нет. | Место расположения | Вызов знак | Длина волны (м) | Частота (кГц) | Установлены | Холостой ход | Слом | Замечания |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Нью-Брансуик, Нью-Джерси , США | WII | 13 761 | 21,8 | 6/1918 | 1948 г. | 1953 г. | Заменен генератор переменного тока мощностью 50 кВт, установленный в феврале 1917 г. |
| 2 | WRT | 13 274 | 22,6 | 2/1920 | 1948 г. | 1953 г. | ||
| 3 | Марион, Массачусетс , США | WQR | 13 423 | 22,3 | 4/1920 | 1932 г. | 1961 г. | Заменен синхронизированный искровой передатчик Marconi. |
| 4 | WSO | 11 628 | 25,8 | 7/1922 | 1932 г. | 1969 г. | В Хайку, Гавайи, 1942 год. | |
| 5 | Болинас, Калифорния , США | KET | 13 100 | 22,9 | 10/1920 | 1930 г. | 1946 г. | Заменен синхронизированный искровой передатчик Marconi. |
| 6 | KET | 15,600 | 19,2 | 1921 г. | 1930 г. | 1969 г. | В Хайку, Гавайи, 1942 год. | |
| 7 | Radio Central, Роки-Пойнт, Нью-Йорк , США | WQK | 16 484 | 18,2 | 11/1921 | 1948 г. | 1951 г. | |
| 8 | WSS | 15 957 | 18,8 | 1921 г. | 1948 г. | В Мэрион, Массачусетс, 1949 г. Позднее Смитсоновский институт . | ||
| 9 | Кахуку, Гавайи , США | KGI | 16 120 | 18,6 | 1920 г. | 1930 г. | 1938 г. | |
| 10 | КИЕ | 16 667 | 18.0 | 1921 г. | 1930 г. | 1938 г. | ||
| 11 | Такертон, Нью-Джерси , США | WCI | 16 304 | 18,4 | 3/1921 | 1948 г. | 1955 г. | Заменен генератор Goldschmidt. |
| 12 | WGG | 13 575 | 22,1 | 1922 г. | 1948 г. | 1955 г. | ||
| 13 | Карнарвон, Уэльс, Великобритания | MUU | 14 111 | 21,2 | 4/1921 | 1939 г. | ||
| 14 | GLC | 9 592 | 31,3 | 1921 г. | 1939 г. | |||
| 15 | Варберг, Швеция | SAQ | 17 442 | 17,2 | 1924 г. | 1946 г. | 1960 г. | Первоначально 18,600 м, параллельное подключение |
| 16 | SAQ | 17 442 | 17,2 | 1924 г. | 1946 г. | Оперативный | Хранится в Грайметоне, Швеция. | |
| 17 | Варшава, Польша | AXO | 21 127 | 14,2 | 12/1923 | Захвачен немецкой армией 9/1939, разрушившей станции в 1945 году. | ||
| 18 | AXL | 18 293 | 16,4 | 1923 г. | ||||
| 19 | Пернамбуку, Ресифи, Бразилия | никогда | 1927 г. | Поставляется в 1924 году, возвращено в Radio Central Rocky Point в 1926 году, поскольку теперь доступны более эффективные ламповые передатчики. | ||||
| 20 | никогда | 1927 г. |
Военное использование США во время и после Второй мировой войны [ править ]
Начиная с 1941 года, семь из двадцати оригинальных генераторов мощностью 200 кВт были приняты на вооружение ВМС и ВВС США: [11]
| Нет. | Место расположения | Вызов Вход | Исходное местоположение | Военно-морская операция | Операция ВВС | Слом |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Хайку, Гавайи | Марион, Массачусетс (WSO) | 1942-1946 гг. | 1947-1957 гг. | 1969 г. | |
| 2 | Болинас, Калифорния (KET) | 1942-1946 гг. | 1947-1957 гг. | 1969 г. | ||
| 3 | Марион, Массачусетс | Марион, Массачусетс (WQR) | 1941-1948 гг. | 1949–1957 | 1961 г. | |
| 4 | AFA2 [12] | Радиоцентр (WSS) | 1949–1957 | Смитсоновский институт | ||
| 5 | Такертон, Нью-Джерси | Такертон, Нью-Джерси (WCI) | 1942-1948 гг. | 1955 г. | ||
| 6 | Такертон, Нью-Джерси (WGG) | 1942-1948 гг. | 1955 г. | |||
| 7 | Болинас, Калифорния | Болинас, Калифорния (KET) | 1942-1946 гг. | 1946 г. |
Во время Второй мировой войны ВМС США осознали потребность в надежных передачах на дальние длинные волны (VLF) Тихоокеанскому флоту. Новое предприятие было построено в Хайку на Гавайях, где были установлены два генератора переменного тока Alexanderson мощностью 200 кВт, переданные с материка. ВМС также использовали существующий передатчик в Болинасе, Калифорния, снова для связи с Тихим океаном. [13] Оба генератора переменного тока Haiku были проданы на утилизацию в 1969 году, возможно, компании Kreger в Калифорнии.
В конце 1940-х годов ВВС взяли под свой контроль объекты Хайку и Марион, штат Массачусетс. Военно-воздушные силы обнаружили, что длинноволновая передача была более надежной, чем коротковолновая, при отправке информации о погоде исследователям Арктики, а также базам в Гренландии, Лабрадоре и Исландии. Два передатчика Marion использовались до 1957 года. Один был списан в 1961 году, а другой, как сообщается, был передан Бюро стандартов США [14] и хранился на складе Смитсоновского института. [15]
Дизайн [ править ]
Генератор Alexanderson работает аналогично электрогенератору переменного тока, но генерирует ток более высокой частоты в радиодиапазоне очень низких частот (VLF). Ротор не имеет токопроводящих обмоток или электрических соединений; он состоит из сплошного диска из высокопрочной магнитной стали с узкими прорезями по его окружности для создания ряда узких «зубцов», которые функционируют как магнитные полюса. Пространство между зубьями заполнено немагнитным материалом, чтобы обеспечить гладкую поверхность ротора и уменьшить аэродинамическое сопротивление. Ротор вращается с высокой скоростью электродвигателем.
Машина работает с переменным сопротивлением (аналогично звукоснимателю электрогитары ), изменяя магнитный поток, соединяющий две катушки. Периферия ротора окружена круглым железным статором с С-образным поперечным сечением, разделенным на узкие полюса, такое же количество, как у ротора, с двумя наборами катушек. Один набор катушек питается постоянным током и создает магнитное поле в воздушном зазоре статора, которое проходит через ротор в осевом направлении (сбоку).
По мере того, как ротор вращается, поочередно либо железная часть диска находится в зазоре между каждой парой полюсов статора, позволяя сильному магнитному потоку пересекать зазор, либо немагнитная прорезь находится в зазоре статора, обеспечивая меньшее магнитное поле. поток пройти. Таким образом, магнитный поток через статор синусоидально изменяется с большой скоростью. Эти изменения магнитного потока вызывают высокочастотное напряжение во втором наборе катушек на статоре.
Все коллекторные катушки ВЧ соединены между собой выходным трансформатором , вторичная обмотка которого подключена к антенной цепи. Модуляция или телеграфная манипуляция радиочастотной энергии осуществлялась магнитным усилителем , который также использовался для амплитудной модуляции и передачи голоса.
Частота тока , генерируемого генератор переменного ток Alexanderson в герцах является произведением числа полюсов ротора и оборотов в секунду. Таким образом, более высокие радиочастоты требуют большего количества полюсов, более высокой скорости вращения или того и другого. Генераторы Alexanderson использовались для генерации радиоволн очень низкой частоты.(VLF) диапазон для трансконтинентальной беспроводной связи. Типичный генератор переменного тока с выходной частотой 100 кГц имел 300 полюсов и вращался со скоростью 20 000 оборотов в минуту (об / мин) (333 оборота в секунду). Для получения высокой мощности зазор между ротором и статором необходимо было сохранить всего 1 мм. Производство прецизионных машин, вращающихся с такими высокими скоростями, представляло много новых проблем, а передатчики Alexanderson были громоздкими и очень дорогими.
Контроль частоты [ править ]
Выходная частота передатчика пропорциональна скорости вращения ротора. Чтобы поддерживать постоянную частоту, скорость вращения электродвигателя контролировалась с помощью контура обратной связи. В одном методе образец выходного сигнала подается на высокодобротный настроенный контур , резонансная частота которогонемного выше выходной частоты. Частота генератора попадает на «юбку» кривой импеданса LC-цепи, где импеданс быстро увеличивается с частотой. Выходной сигнал LC-цепи выпрямляется, и результирующее напряжение сравнивается с постоянным опорным напряжением для получения сигнала обратной связи для управления скоростью двигателя. Если выходная частота становится слишком высокой, импеданс LC-цепи увеличивается, а амплитуда радиочастотного сигнала, проходящего через LC-цепь, падает. Сигнал обратной связи к двигателю падает, и двигатель замедляется. Таким образом, выходная частота генератора переменного тока «привязана» к резонансной частоте настроенного контура.
Установки были созданы для работы на длинах волн от 10 500 до 24 000 метров (от 28,57 до 12,5 кГц). Это было достигнуто за счет трех проектных переменных. Генераторы были построены на 1220, 976 или 772 полюса. Были доступны три коробки передач с передаточными числами 2,675–2,973 и 3,324, а приводной двигатель на 900 об / мин работал с проскальзыванием от 4% до 20%, что давало скорости от 864 до 720 об / мин. Установленные в Европе передатчики, работающие на 50-тактной мощности, имели диапазон длин волн от 12 500 до 28 800 метров из-за более низкой скорости приводного двигателя.
Преимущества производительности [ править ]
Большой генератор Alexanderson мог бы производить 500 кВт выходной радиочастотной энергии и иметь водяное или масляное охлаждение. Одна такая машина имела 600 пар полюсов в обмотке статора, а ротор вращался со скоростью 2170 об / мин при выходной частоте около 21,7 кГц. Для получения более высоких частот требовались более высокие скорости вращения ротора, до 20 000 об / мин.
Наряду с дуговым преобразователем, изобретенным в 1903 году, генератор переменного тока Alexanderson был одним из первых радиопередатчиков, генерирующих непрерывные волны . Напротив, более ранние передатчики с искровым разрядником генерировали цепочку затухающих волн . Они были электрически «шумными»; энергия передатчика была распределена по широкому диапазону частот, поэтому они мешали другим передачам и работали неэффективно. В передатчике непрерывного излучения вся энергия была сосредоточена в узком частотном диапазоне , поэтому при заданной выходной мощности они могли передавать данные на большие расстояния. Кроме того, непрерывные волны могут быть модулированы с звуковым сигналомнести звук. Генератор Alexanderson был одним из первых передатчиков, которые использовались для передачи AM .
Генератор Alexanderson генерировал более "чистые" непрерывные волны, чем дуговый преобразователь, несинусоидальный выходной сигнал которого генерировал значительные гармоники , поэтому генератор переменного тока был предпочтительнее для телеграфии на большие расстояния.
Недостатки [ править ]
Из-за чрезвычайно высокой скорости вращения по сравнению с обычным генератором переменного тока генератору Alexanderson требовалось постоянное обслуживание квалифицированным персоналом. Эффективная смазка и охлаждение маслом или водой были важны для надежности, чего было трудно достичь с помощью смазочных материалов, доступных в то время. Фактически, ранние издания "Адмиралтейского справочника по беспроводной телеграфии" Королевского флота довольно подробно освещают это, в основном как объяснение того, почему военно-морской флот не использовал эту конкретную технологию. Однако ВМС США это сделали.
Другие серьезные проблемы заключались в том, что изменение рабочей частоты было длительным и сложным процессом, и в отличие от искрового передатчика несущий сигнал нельзя было включать и выключать по желанию. Последняя проблема значительно усложнила "прослушивание" (то есть остановку передачи для прослушивания любого ответа). Также существовал риск того, что это позволит вражеским судам обнаружить присутствие корабля.
Из-за ограничения по количеству полюсов и скорости вращения машины, генератор Александерсона способен генерация частот передачи примерно до 600 кГц в нижних волнах среднего диапазона, с коротковолновым и более высокими частотами физически невозможно.
См. Также [ править ]
- День Александерсона
- Tonewheel
- Резольвер (электрический)
Ссылки [ править ]
- ^ "Вехи: Alexanderson Radio Alternator, 1904" . Сеть глобальной истории IEEE . IEEE . Проверено 29 июля 2011 года .
- ↑ «Излучение электрической энергии» Фредерика Траутона, Электрик (Лондон), 22 января 1892 г., стр. 302.
- ^ "Новый генератор переменного тока профессора Томсона" . Инженер-электрик . Инженер - электрик Ко 11 (154): 437. 15 апреля 1891 . Проверено 18 апреля 2015 года .
- ↑ Томсон, Элиу (12 сентября 1890 г.). "письмо" . Электрик . Лондон. 25 : 529–530 . Проверено 18 апреля 2015 года .
- ^ a b Эйткен, Хью GJ (2014). Непрерывная волна: технология и американское радио, 1900-1932 гг . Princeton Univ. Нажмите. п. 53. ISBN 1400854601.
- Перейти ↑ Fessenden, RA (1908). «Беспроводная телефония» . Годовой отчет Смитсоновского института . Государственная типография: 172 . Проверено 18 апреля 2015 года .
- ^ Патент США 447921 , Никола Тесла « Переменный электрический ток Генератор » (10 марта 1891)
- ^ a b c d Флеминг, Джон Эмброуз (1910). Принципы электрической телеграфии и телефонии, 2-е изд . Лондон: Longmans, Green and Co., стр. 5–10.
- ^ Harbord, JG (1929). "Коммерческое использование радио". Летопись Американской академии . DOI : 10.1177 / 0002716229142001S09 .
- ^ «Передатчики генератора Alexanderson мощностью 200 кВт» (таблица), Беспроводная связь в Соединенных Штатах , Торн Л. Мэйс, The New England Wireless and Steam Museum, Inc., 1989, стр. 182. Включает примечание «Позывные буквы и длины волн в метров из списка станций длинноволновой связи RCA, 5 декабря 1928 года ". Был добавлен столбец «Частота», в котором для расчетов использовалась скорость света 300 000 метров в секунду.
- ^ «Передатчики Alexanderson мощностью 200 киловатт, используемые в США во время и после Второй мировой войны» (таблица), Mayes (1989), стр. 183.
- ^ "Генератор Alexanderson" Джерри Прок (jproc.ca)
- ^ Mayes (1989), страницы 176-177.
- ^ Mayes (1989), стр 176.
- ^ Mayes (1989), цитируя 15 июля 1976 корреспонденции от "коменданта USCG станции Гавайев", страница 180.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Antique Wireless Association - колонка под редакцией Фрэнка Лотито
- Дэвид Э. Фишер и Маршалл Дж. Фишер, Tube, изобретение телевизионного контрапункта, Вашингтон, округ Колумбия, США, (1996) ISBN 1-887178-17-1
- Хаммонд, Джон Уинтроп. Люди и вольты, история General Electric . Филадельфия и Нью-Йорк: Дж. Б. Липпинкотт (1941), стр. 349–352, 372.
- Записи из трудов Морского института за 1952 год из файлов М.Г. Абернати.
- Письмо М.Г. Абернати от Дж. Уоррена Кларка, капитана USNR (в отставке)
- Письмо г-ну Майесу от лейтенанта Фрэнсиса Дж. Кишимы, командующего станцией USCG Omega на Гавайях
- Вехи развития: радиопередающая станция Ёсами, 1929 г.
- EFW Alexanderson, Патент США 1,008,577 Высокочастотный генератор переменного тока
- Н. Тесла, Патент США 447921
Внешние ссылки [ править ]
- «Самая большая беспроводная станция в мире» (Radio Central), Книга радио Чарльза Тауссига, страницы 312-327.
- "Американская станция Маркони, Мэрион, Массачусетс" Генри Брауна
- Генераторы переменного тока Alexanderson в долине Хайку, Оаху , Дэвид Джессап
- "Беспроводная станция Кахуку Маркони, Оаху, Гавайи" , Джонатан Х., 20 июня 2007 г.
- "Мэрион Масса. Генераторы переменного тока" (картинная галерея) Дэвида Джессапа, 2012
- "Tuckerton Wireless 1912-1955" (галерея)
- «Радиостанция SAQ Grimeton» Alexanderson генератора сохраняется в ЮНЕСКО объектом Всемирного наследия в Grimeton, Швеция
