高電圧交流パルスを受信するための装置: ラムコルフコイルとテスラ変圧器

高電圧を受けるための技術装置

19 世紀初頭、科学者は交流の高電圧を得る装置を作り始めました。ハインリヒ・ヘルツの実験では、当時物理実験科学と電気工学ですでに利用可能だった装置が使用されました。

これらは、物理学で知られている現象、そして何よりも、流れる電流の急激な増加または急激な遮断の瞬間に、鉄心のコイルに誘導起電力が現れる自己誘導を利用した、非常に特徴的なデバイスでした。ループを通して。

1930年代。最初の電気機械は、回転コイルによる磁力線の交差に基づいて登場しました。最初のそのような機械 (1832 年) は、I. Pixii、A. Jedlik、B. Jacobi、D. Henry の発電機でした。

物理学と新興電気工学における非常に重要な出来事は、実際には高電圧変圧器である誘導機の出現でした。

これらは 2 つのコイルを備えた電磁石でした。最初のコイルの電流は何らかの方法で周期的に遮断され、誘導電流が 2 番目のコイルに現れます (より正確には、 自己誘導起電力）。実用化された最初の「変圧器」は、開ループ磁気システムを備えていました。彼らは19世紀の70年代と80年代に属し、その外観はP.ヤブロチコフ、I.ウサギン、L.ゴリヤル、E.ギブスなどの名前に関連付けられています。

1837 年に、フランスのアントワーヌ・マッソン教授によって作成された誘導機械、または「コイル」が登場しました。これらの機械は急速な停電で動作していました。歯車の形のスイッチが使用され、回転中に一定の間隔で金属ブラシに接触しました。電流の遮断により自己誘導起電力が発生し、十分に高い周波数の高電圧パルスが機械の出力に現れました。マッソンはこのマシンを使用しています 医療目的用.

ラムコルフ誘導コイル

1848 年、有名な物理装置の達人であるハインリヒ ラムコルフ (物理実験用の装置を製造する工房をパリに持っていた) は、コイルを多数の巻き数で作るとマッソン機械の張力が大幅に増加する可能性があることに気づきました。中断の頻度が大幅に増加します。

1852 年に、彼は 2 つのコイルを備えたコイルを設計しました。1 つは太いワイヤーで巻数が少なく、もう 1 つは細いワイヤーで巻数が非常に多いものです。一次コイルには振動磁気スイッチを介してバッテリーから電力が供給され、二次コイルには高電圧が誘導されます。このコイルは「誘導」として知られるようになり、その作成者であるラムコルフにちなんで名付けられました。

これは実験を行うために必要な非常に便利な物理的装置であり、後に最初の無線システムや X 線装置の不可欠な部分となりました。パリ科学アカデミーはラムコルフの功績を高く評価し、ヴォルタの名において多額の賞金を彼に授与した。

少し前 (1838 年)、誘導コイルの改良にも携わっていたアメリカ人技術者チャールズ ペイジは、良い結果を達成しました - 彼の装置は非常に高い電圧を供給しました。しかしながら、ヨーロッパではペイジの研究については何も知られておらず、ここでの研究は続けられました。独立した道。

ラムコルフ リール (1960年代)

誘導コイルの最初のモデルが長さ約 2 cm の火花を発生させる電圧を与えた場合、1859 年に L. リッチーは長さ 35 cm までの火花を取得し、すぐにラムコーフは長さ 50 cm までの火花を発生する誘導コイルを作成しました。

Rumkorf 誘導コイルは、基本的な変更をほとんど受けずに存続しています。コイル、絶縁体などの寸法のみが変更されています。最大の変更は、誘導コイルの一次回路のサーキットブレーカーの構造と動作原理に影響を与えます。

ラムコルフコイル

Rumkorf コイルで使用された最初のタイプの回路ブレーカーの 1 つは、いわゆる「ワグナー ハンマー」または「ネフ ハンマー」でした。この非常に興味深い装置は 1840 年代頃に登場しました。接点を備えた可動強磁性ローブを介してバッテリーから電力を供給される電磁石でした。

装置の電源がオンになると、花びらが電磁石のコアに引き付けられ、接触により電磁石の供給回路が遮断され、その後花びらがコアから離れて元の位置に戻りました。このプロセスは、システム部品のサイズ、花びらの剛性と質量、その他の多くの要因によって決定される頻度で繰り返されます。

Wagner-Nef 装置は後に電気ベルとなり、初期の無線工学における多くの電気および無線装置のプロトタイプとなった最初の電気機械振動システムの 1 つでした。また、この装置によりバッテリーからの直流電流を断続電流に変換することが可能になりました。

Rumkorf コイルで使用される Wagner-Neff 電気機械スイッチは、コイル自体の磁力によって駆動されます。彼は彼女と建設的に一つになった。 Wagner-Neff サーキットブレーカーの欠点は、電力が低いこと、つまり接点が焼損した大電流を遮断できないことでした。さらに、これらの回路ブレーカーは高頻度の電流遮断を提供できません。

他のタイプの回路ブレーカーは、強力な Rumkorf 誘導コイルの大電流を遮断するように設計されています。それらは異なる物理原理に基づいています。

ある設計の動作原理は、非常に太い金属棒が垂直面内で前後に動き、水銀の入ったカップに沈むというものです。機械的ドライブは回転運動 (手動、時計仕掛け、または電気モーターによる) を直線往復運動に変換するため、中断の頻度は大幅に変化する可能性があります。

J. フーコーによって提案されたこのようなブレーカーの初期設計の 1 つでは、作動はワグナー ネフ ハンマーの場合と同様に電磁石によって実行され、ハード コンタクトは水銀に置き換えられました。

19世紀の終わりまで。最も広く普及しているのは、«Dukret» 社と «Mak-Kol» 社のデザインです。これらのブレーカーは毎分 1000 ～ 2000 の遮断速度を提供し、手動で操作できます。 2 番目のケースでは、Rumkorf コイルで単一の放電が得られます。

別のタイプのブレーカーはジェット原理で動作し、タービンと呼ばれることもあります。これらのサーキットブレーカーは次のように機能しました。

小型の高速タービンが水銀を貯留槽からタービンの上部に汲み上げ、そこから水銀が回転ジェットの形でノズルを通って遠心力によって噴射されます。ブレーカーの壁には一定の間隔で配置された電極があり、移動中に水銀ジェットに触れます。これが、十分に強い流れの閉鎖と開放がどのようにして起こったかです。

別のタイプのスイッチが使用されました - 1884年にロシアの教授N.P.スルギノフによって発見された現象に基づいた電解式です。スイッチの動作原理は、電流が大量の鉛と鉛の間の硫酸を含む電解液を通過するという事実で構成されていました。先端が尖ったガラスで絶縁された細いワイヤである白金（プラス）電極の白金電極に気泡が発生し、定期的に電流の流れが妨げられ、電流が遮断されました。

電解サーキットブレーカーは、1 秒あたり最大 500 ～ 800 の遮断速度を実現します。 20 世紀初頭、電気工学で交流を習得。物理学の武器庫に新たな可能性を導入し、すでに無線エレクトロニクスを開始しました。

ラムコルフコイルに電力を供給するために交流機械が使用されました 交流正弦波電流、より広範囲に使用できるようになりました。 共鳴現象 二次巻線に使用され、その後、放射に直接使用できる高周波電流源として使用されます。

テスラ変圧器

高周波、高電圧電流の特性に興味を持った最初の科学者の 1 人は、 ニコラ・テスラ、あらゆる電気工学の発展に非常に大きな貢献をしました。この才能ある科学者であり発明家は、多くの実用的で独創的な革新をもたらしました。

ラジオの発明後、彼はまずラジコン船の模型を設計し、ガス灯の開発、誘導高周波電気機械の設計などを行いました。彼の特許の数は800件に達しました。アメリカのラジオ技術者エドウィン・アームストロングによれば、多相電流の発見とたった 1 つの誘導モーターだけで、テスラの名前を永遠に不滅にするのに十分でしょう。

ニコラ・テスラは長年にわたり、地球を大きな振動回路として励起する方法により、離れた場所にエネルギーを無線で伝送するというアイデアを育みました。彼はこの考えで多くの心を魅了し、高周波電磁エネルギーの源とそのエミッターを開発しました。

電気工学のさまざまな分野の発展において非常に重要な役割を果たし、「共振変圧器」または「テスラ変圧器」と呼ばれるテスラのデバイスの作成は 1891 年に遡ります。

テスラの共振変圧器 (1990 年代)。電磁波発生器のスイッチング回路

ラムコルフの高電圧誘導コイルがライデン瓶に放電されます。後者は高電圧に充電され、共振トランスの一次巻線を通じて放電されます。同時に、一次巻線と共振するように調整された二次巻線に非常に高い電圧が発生します。テスラは、約 150 kHz の周波数で高電圧 (約 100 kV) を受け取ります。これらの電圧は、最大数メートルの長さのブラシ放電の形で空中にブレークスルーを引き起こしました。