Konwerter łuku - Arc converter

Nadajnik łukowy Poulsena o mocy 1 megawata używany przez marynarkę wojenną Stanów Zjednoczonych około 1918 r. w nabrzeżnych stacjach radiowych do komunikacji z flotą na całym świecie, jeden z największych nadajników łukowych, jakie kiedykolwiek zbudowano.

Konwerter łuku , czasami nazywany nadajnik łuk lub Poulsen łuk po Duński inżynier Valdemar Poulsen , który wynalazł go w 1903 roku, było wiele nadajnikiem iskrowym stosowanych na początku telegrafii bezprzewodowej . Konwerter łuk używał łuku elektrycznego do konwersji prądu stałego prądu w radiowej częstotliwości prądu zmiennego . Był używany jako nadajnik radiowy od 1903 do 1920 roku, kiedy został zastąpiony przez nadajniki lampowe . Jeden z pierwszych nadajników, który mógł generować ciągłe fale sinusoidalne , była jedną z pierwszych technologii stosowanych do przesyłania dźwięku ( modulacja amplitudy ) drogą radiową. Znajduje się na liście Milestones IEEE jako historyczne osiągnięcie w elektrotechnice .

Historia

Pierwszy konwerter łukowy Poulsena, z 1903 r.

Elihu Thomson odkrył, że łuk węglowy zbocznikowany szeregowo strojonym obwodem będzie „śpiewał”. Ten „śpiewający łuk” był prawdopodobnie ograniczony do częstotliwości audio. Bureau of Standards przypisuje Williamowi Duddellowi obwód rezonansowy bocznika około 1900 roku.

Angielski inżynier William Duddell odkrył, jak wykonać obwód rezonansowy przy użyciu węglowej lampy łukowej . „Muzyczny łuk” Duddella działał na częstotliwościach audio , a sam Duddell doszedł do wniosku, że niemożliwe jest oscylowanie łuku na częstotliwościach radiowych .

Waldemarowi Poulsenowi udało się podnieść wydajność i częstotliwość do pożądanego poziomu. Łuk Poulsena mógł generować częstotliwości do 200  kHz i został opatentowany w 1903 roku.

Po kilku latach rozwoju technologia łukowa została przeniesiona do Niemiec i Wielkiej Brytanii w 1906 roku przez Poulsena, jego współpracownika Pedera Olufa Pedersena i ich sponsorów finansowych. W 1909 roku patenty amerykańskie oraz kilka przetworników łukowych zakupił Cyril Frank Elwell . Dalszy rozwój w Europie i Stanach Zjednoczonych był nieco inny, ponieważ w Europie przez wiele lat istniały poważne trudności we wdrażaniu technologii Poulsena, podczas gdy w Stanach Zjednoczonych wkrótce powstał rozbudowany komercyjny system radiotelegraficzny z Federal Telegraph Company . Później US Navy również przyjęła system Poulsena. Tylko konwerter łukowy z pasywną konwersją częstotliwości nadawał się do użytku przenośnego i morskiego. To sprawiło, że był to najważniejszy mobilny system radiowy przez około dekadę, dopóki nie został zastąpiony przez systemy lamp próżniowych .

W 1922 r. Bureau of Standards stwierdziło, że „łuk jest najczęściej używanym urządzeniem transmisyjnym do pracy na duże odległości o dużej mocy. Szacuje się, że łuk jest obecnie odpowiedzialny za 80 procent całej energii faktycznie wypromieniowanej w kosmos do celów radiowych w określonym czasie, pomijając stacje amatorskie."

Opis

Ta nowa, bardziej wyrafinowana metoda generowania sygnałów radiowych o fali ciągłej została początkowo opracowana przez duńskiego wynalazcę Valdemara Poulsena . Te nadajniki zapłonem szczeliny w użyciu w tym czasie wytwarza tłumione fali które zmarnowane dużą część swojej mocy promieniowania emitujące silne harmoniczne wielu częstotliwości, które wypełnione fal radiowych z zakłóceniami. Przetwornica łukowa Poulsena wytwarzała fale nietłumione lub ciągłe (CW) na jednej częstotliwości.

Istnieją trzy rodzaje oscylatora łukowego:

Wątek Duddella (i inne wczesne typy)
W pierwszym typie oscylatora łukowego prąd przemienny w kondensatorze i 0 jest znacznie mniejszy niż prąd zasilania prądu stałego i 1 , a łuk nigdy nie gaśnie podczas cyklu wyjściowego. Łuk Duddella jest przykładem pierwszego typu, ale pierwszy typ nie jest praktyczny dla nadajników RF.
Łuk Poulsena
W drugim typie oscylatora łukowego prąd rozładowania kondensatora AC jest wystarczająco duży, aby zgasić łuk, ale nie wystarczająco duży, aby ponownie uruchomić łuk w przeciwnym kierunku. Ten drugi typ to łuk Poulsena.
Iskiernik hartowany
W trzecim typie oscylatora łukowego łuk gaśnie, ale może się ponownie zapalić, gdy prąd kondensatora się odwróci. Trzeci przypadek to gaszony iskiernik i wytwarza tłumione oscylacje.

Ważną cechą były fale ciągłe lub „nietłumione” (CW), ponieważ zastosowanie fal tłumionych z nadajników iskiernikowych skutkowało niższą wydajnością nadajnika i efektywnością komunikacji, jednocześnie zanieczyszczając widmo RF zakłóceniami.

Obwód konwertera łuku podstawowego, z papieru Poulsena 1904 (dodano etykiety).

Konwerter łukowy Poulsena miał dostrojony obwód połączony w poprzek łuku. Konwerter łukowy składał się z komory, w której łuk palił się w gazowym wodorze pomiędzy katodą węglową a chłodzoną wodą anodą miedzianą . Nad i pod tą komorą znajdowały się dwie szeregowe cewki pola otaczające i zasilające dwa bieguny obwodu magnetycznego. Te bieguny wystawały do ​​komory, po jednym z każdej strony łuku, aby zapewnić pole magnetyczne .

Największy sukces odniósł przy pracy w zakresie częstotliwości od kilku kiloherców do kilkudziesięciu kiloherców. Strojenie anteny musiała być na tyle selektywne stłumić łuku konwertera harmonicznych .

Kluczowanie

Ponieważ łuk potrzebował trochę czasu na zajarzenie i działanie w stabilny sposób, nie można było użyć normalnego kluczowania . Zamiast tego zastosowano formę kluczowania z przesunięciem częstotliwości . W tej metodzie fali kompensacyjnej łuk działał w sposób ciągły, a klucz zmieniał częstotliwość łuku o jeden do pięciu procent. Sygnał o niepożądanej częstotliwości nazwano falą kompensacyjną . W nadajnikach łukowych o mocy do 70 kW klucz zwykle zwierał kilka zwojów w cewce anteny. W przypadku większych łuków wyjście łuku byłoby transformatorem sprzężonym z cewką indukcyjną anteny, a klucz zwierałby kilka dolnych zwojów uziemionego wtórnego. Dlatego „znak” (klucz zamknięty) został wysłany na jednej częstotliwości, a „spacja” (otwarty klucz) na innej częstotliwości. Jeśli te częstotliwości byłyby wystarczająco daleko od siebie, a odbiornik stacji odbiorczej miał odpowiednią selektywność , stacja odbiorcza słyszałaby standardowe CW po dostrojeniu do częstotliwości „znacznika”.

Metoda fali kompensacyjnej wykorzystywała szerokie pasmo widma. Przesyła nie tylko na dwóch zamierzonych częstotliwościach, ale także na harmonicznych tych częstotliwości. Przetwornice łukowe są bogate w harmoniczne. Około 1921 r. Wstępna Międzynarodowa Konferencja Komunikacji zakazała metody fali kompensacyjnej, ponieważ powodowała zbyt duże zakłócenia.

Potrzeba emisji sygnałów o dwóch różnych częstotliwościach została wyeliminowana dzięki opracowaniu metod jednofalowych . W jednej metodzie jednofalowej, zwanej metodą zapłonu , kluczowanie uruchamiało i zatrzymywało łuk. Komora łuku miałoby zastawkowego pręt, który zwarcie dwóch elektrod przez rezystor i ugaszony łuk. Klucz zasilałby elektromagnes, który poruszałby napastnikiem i ponownie zapalał łuk. Aby ta metoda zadziałała, komora łukowa musiała być gorąca. Metoda była możliwa do wykonania dla przekształtników łukowych do około 5 kW.

Druga metoda uniwave to metoda absorpcyjna , która obejmuje dwa strojone obwody i jednobiegunowy, dwukierunkowy klucz typu make-before-break. Gdy klawisz jest wciśnięty, łuk jest podłączony do dostrojonej cewki anteny i anteny. Gdy klucz jest w górze, łuk jest podłączony do dostrojonej atrapy anteny zwanej bocznikiem tylnym . Tylny bocznik był drugim obwodem strojonym składającym się szeregowo z cewki indukcyjnej, kondensatora i rezystora obciążenia. Ten drugi obwód jest dostrojony do mniej więcej tej samej częstotliwości, co częstotliwość nadawana; utrzymuje łuk i pochłania moc nadajnika. Metoda absorpcji jest najwyraźniej spowodowana przez WA Eaton.

Istotna jest konstrukcja obwodu przełączającego dla metody absorpcyjnej. Jest to przełączanie łuku wysokiego napięcia, więc styki przełącznika muszą mieć jakąś formę tłumienia łuku. Eaton miał elektromagnesy z kluczem telegraficznym, które sterowały przekaźnikiem. Ten przekaźnik wykorzystywał szeregowo cztery zestawy styków przełączających dla każdej z dwóch ścieżek (jednej do anteny i jednej do bocznika tylnego). Każdy styk przekaźnika został zmostkowany przez rezystor. W konsekwencji przełącznik nigdy nie był całkowicie otwarty, ale było duże tłumienie.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Elwell, CF (1923), The Poulsen Arc Generator , Londyn: Ernest Benn Limited
  • Howeth, Linwood S. (1963), Historia komunikacji-elektroniki w marynarce wojennej Stanów Zjednoczonych , US Govt. Drukarnia
  • Morecroft, JH; Pinto, A.; Curry, WA (1921), Zasady komunikacji radiowej , Nowy Jork: John Wiley & Sons Inc.
  • Morse, AH (1925), Radio: Beam and Broadcast , Londyn: Ernest Benn Limited. Historia radia w 1925 r. Strona 25: „Profesor Elihu Thomson z Ameryki złożył wniosek o patent na łukową metodę wytwarzania prądów o wysokiej częstotliwości. ale elektrody były z metalu i nie były zamknięte w komorze gazowej”. Cytuje US Patent 500630. Strony 30-31 (1900): „William Du Bois Duddell z Londynu, złożył wniosek o patent na statyczną metodę generowania prądów przemiennych z zasilania prądem stałym, która to metoda była bardzo zbliżona do linii Elihu Thomsona z 1892 r. Duddell zasugerował elektrody węglowe, ale nie zaproponował żadnego wydmuchu magnetycznego. Stwierdził, że jego wynalazek można wykorzystać do wytwarzania oscylacji o wysokiej częstotliwości i stałej amplitudzie, które „można wykorzystać z korzyścią w telegrafii bezprzewodowej”. ”, zwłaszcza tam, gdzie „wymagane było dostrojenie nadajnika do syntonii". Wynalazek Duddella (Br. Pat. 21.629/00) stał się podstawą łuku Poulsena, a także interesującego nadajnika opracowanego przez Von Lepela. Strona 31 (1903): „Valdemar Poulsen z Kopenhagi z powodzeniem złożył wniosek o patent na generator, jak ujawnił Duddell w 1900 roku, plus wydmuch magnetyczny zaproponowany przez Thomsona w 1892 roku oraz opary wodoru, w których można zanurzyć łuk (Br. Pate 15 599/03; Patent US 789 449.)” Również Ch. IV, s. 75-77, „Arku Poulsena”. Udoskonalenia wykonane przez CF Elwell.
  • Pedersen, PO (sierpień 1917), „O łuku Poulsena i jego teorii” , Proceedings of the Institute of Radio Engineers , 5 (4): 255-319, Naprawdę zadowalająca teoria działania łuku Poulsena nie istnieje w Obecnie zadowalająca jest teoria, która umożliwi obliczenie wyników, przy podawaniu niezbędnych danych.
  • Cyril Frank Elwell - pionier amerykańskiej i europejskiej komunikacji bezprzewodowej, Talking Pictures i założyciel firmy CF Elwell Limited, 1922-1925 przez Iana L. Sandersa. Opublikowane przez Castle Ridge Press, 2013. (Szczegóły rozwoju generatora łuku w Stanach Zjednoczonych i Europie przez Elwell.)

Zewnętrzne linki