Очерки по истории электротехники
Главная   >>   Очерки по истории электротехники

Очерки по истории электротехники

4.5. Электротелеграфия, электроавтоматика, электро­химия — ступени прогресса

Как уже отмечалось, длительное время электрическая энер­гия не могла получить широкого практического применения из-за отсутствия экономичных генераторов. Но это относится к так называемым энергетическим применениям электричества, при которых затрата энергии пропорциональна количеству получасмого продукта, интенсивности производственного эф­фекта.

Что же касается неэнергетнческнх применений, не требующих значительных затрат электроэнергии, когда она используется лишь в качестве вспомогательного средства для передачи сигналов (телеграфия, телефония, электрическое взрывание мин, дистан­ционное управление и др.), то именно такие нсэнергетические применения положили начало практическому использованию электричества.

Расширение неэнергетических применений электричества сыг­рало значительную роль в развитии электротехники вообще, так как в процессе создания разнообразных устройств такого рода не­избежно приходилось разрешать ряд практических и теоретиче­ских проблем в области электротехники: совершенствовать источники питания, создавать разнообразные приборы и приспо­собления, в том числе и автоматические, изготавливать изолиро­ванные проводники, исследовать свойства различных материалов, разрабатывать методы измерений, устанавливать единицы изме­рения величин. Все это привело к разработке схем и методов, полу­чивших применение в современной телемеханике и телеуправлении, например, кодоимпульсного метода, принципа синхросинфазной связи, распределителей, исполнительных уст­ройств.

Первым электротехническим устройством, предназначенным для широкого практического использования, был электрический телеграф. Наиболее совершенным оказался электромагнитный те­леграф, выгодно отличавшийся от предшествовавших ему элект­ростатического и электролитического телеграфов.

Первый практически пригодный электромагнитный телеграф был разработан русским ученым Павлом Львовичем Шиллингом (1786 1837) в 1828—1832 гг. Этот телеграф был основан на визу­альном приеме кодовых знаков (рис. 4.22) и явился исходной кон­струкцией для последующих телеграфов. Шиллингом впервые был применен кодированный сигнал, чем было положено начало кодоимпульсному методу, получившему распространение в совре­менной телемеханике.

В процессе разработки проекта подводной телеграфной линии Петергоф-Кронштадт (1837 г.) П. Л. Шиллингом был впервые применен каучук для изолирования подводного кабеля, а также указана возможность использования воды или земли в качестве обратного провода.

На суше телеграфная линия была выполнена Шиллингом в ви­де проводов, закрепленных на «телеграфных» столбах. Много поз­днее, в 1857 г., Б. С. Якоби вспоминал, что один из членов правительственного Комитета по рассмотрению предложения Шиллинга сказал изобретателю: «Любезный друг мой, Ваше пред­ложение — безумие, Ваши воздушные проволоки поистине смеш­ны».

Из всех предложенных после Шиллинга конструкций электро­магнитных телеграфов наиболее широкое применение получил те­леграф американца С. Морзе* (1844 г.). Заслуживает внимания разработанный Б. С. Якоби принцип электрической синхронно- синфазной связи, лежащей в основе современной техники дистан­ционной передачи и следящего электропривода. В таком телеграфе Якоби стрелки передающего и приемного аппаратов создавалиравномерно-прерывистое шаговое движение, перемеща­ть с одинаковой скоростью (синхронно) и занимая одинаковое пространственное положение (синфазно). В середине XIX в. были разработаны конструкции буквопечатающих телеграфов (1850 г. — Якоби, 1855 г.— Д. Юз).

Среди первых применений электричества отметим использова­ние его в военном деле, прежде всего для воспламенения пороховых зарядов. Эта проблема впервые была успешно разрешена в 18l2 г. Шиллингом, осуществившим на Неве опыт по электриче­скому взрыванию подводных мин.

Дальнейшие работы в области минной электротехники развива­лись в направлении совершенствования электрических запалов, создания специальных электрических машин и приборов для их питания ("взрывные" машинки, индукционные катушки) и авто­матизации самого процесса взрывания мины.

Так, Б. С. Якоби в начале 40-х годов разработал специальный магнитоэлектрический генератор и индукционный прибор, кото­рые были приняты на вооружение русской армии. Создание этих приборов положило начало батарейной и генераторной системам зажигания с применением индукционной катушки. Именно в минном деле впервые получил применение такой широко распро­страненный электротехнический прибор, как индукционная ка­тушка. Б. С. Якоби, а также многими другими отечественными и зарубежными военными электротехниками были разработаны разнообразные электроавтоматические приборы, обеспечивающие взрыв мины при ее соприкосновении с кораблем.

Характерной особенностью этого периода развития электротех­ники являются первые попытки использования электрической энергии для целей автоматического контроля, управления и регу­лирования. Если ранее для этого применялись различные механи­ческие устройства, то начиная с 30-х годов XIX в. в Стоматических приборах и установках получают все большее применение разнообразные электромеханические элементы. Про­исходит качественный сдвиг в развитии автоматики и телемеханике зарождается новая область техники — электроавтоматика. Эффективность использования электричества в автоматических и механических устройствах определялась прежде всего свойством электрического тока быстро распространяться по проводу. Основными элементами простейших электроавтомат-яческнх и телемеханических устройств были электромагниты и электромагнитные реле. К их числу могут быть отнесены электромагнитные реле в телеграфах Шиллинга и Якоби, электромеханический ре» гнетратор импульсов в пишущих телеграфах, устройства синхро­низированного вращения в стрелочном п буквопечатающем телеграфах, релейные устройства для автоматического замыкании электрической цепи в телеграфах и минных установках.

В середине прошлого века разрабатываются электрод»гом.ггн. ческне устройства для регистрации малых промежутков времени, контроля некоторых производственных процессов, создается ряд схем дистанционного управления.

Одним из первых наиболее совершенных регистрирующих устройств была разработанная в 1842—1845 гг. электробал-. диетическая установка русского военного электротехника К, И. Константинова (1819—1871) с электромагнитным хроноскопом и автоматическим переключателем цепей — прототипом распре­делителя — элемента со­временных автоматических и телемеханически: установок. Автоматический переключатель (рис. 4.23) действовал следую­щим образом: двухсту­пенчатый деревянный цилиндр 1 приводился во вращение грузом 2. При прохождении тока через Электромагнит 5 тормозя­щий рычаг 3, посаженный на ось 4, удерживал ци­линдр от вращения. После выстрела снаряд разрывая проволоку щита 1 и цепь электромагнит-источник тока (зажим 8) размыка­лась. Спиральная пружи­на 9 отводила тормозящий ручаг до упора 10. Цилиндр вращался до тех пор, пока контакт­ная пластина 7 не соединялась с пружиной следующего щита III, в цепь электромагнита снова замыкалась. С помощью такого уст­ройства Константинову удалось осуществить измерение малых промежутков времени с точностью до 0,00006 с. Приборы, создан­ие. Константиновым, автоматически сигнализировали и регист­рировали момент прохождения снаряда сквозь шит.

Самым распространенным электроавтоматнческим устройством в 50—70-х годах XIX в. были электромагнитные регуляторы в ду­говых электрических лампах, обеспечивающие автоматическое регулирование расстояния между электродами дуги. До появления свеч Яблочкова в 1876 г. электромагнитный регулятор являлся на­иболее важным конструктивным узлом дуговых ламп, без которо­го последние не могли работать. Большинство дуговых ламп отличалось друг от друга только устройством регулятора.

Самым распространенным электроавтоматнческим устройством в 50—70-х годах XIX в. были электромагнитные регуляторы в ду­говых электрических лампах, обеспечивающие автоматическое регулирование расстояния между электродами дуги. До появления свеч Яблочкова в 1876 г. электромагнитный регулятор являлся на­иболее важным конструктивным узлом дуговых ламп, без которо­го последние не могли работать. Большинство дуговых ламп отличалось друг от друга только устройством регулятора.

Одной из первых по време­ни (1846 г.) конструкций дуго­вой лампы с электромагнит­ным регулятором была лампа француза Аршро (рис. 4.24). Эта лампа, в частности, приме­нялась для освещения площади перед зданием Адмиралтейства в Петербурге, однако опыты были признаны тогда неудач­ными. Большую известность получило применение десяти дуговых ламп с регулятора­ми А. И. Шпаковскош в 1856 г. при иллюминации на Лефор­товском плацу в Москве во время торжеств ПО случаю Рис. 4.24. Дуговая лампа Аршро Коронации Александра II. с электромагнитным регулятором , А. И. Шпаковского применялось комбинированное (электро­магнитное и механическое) регулирование.

По характеру электрической схемы питания регуляторы разде­ляли на три группы: регуляторы с последовательным питанием, параллельные и дифференциальные регуляторы. В регуляторах с последовательным питанием обмотка электромагнита включалась последовательно, а с параллельным — параллельно с дугой (рис. 4.25 а,б). В дифференциальном регуляторе (рис. 4.25 в) горение дуги регулировалось как последовательной, так и параллельной обмотками. После включения лампы регулятор работал при любом положении углей.

Наиболее совершенные дифференциальные регуляторы разработаны Владимиром Николаевичем Чиколевым (!84J- 1898 гг.) в 1869—1879 гг., в частности, им впервые в мировой электротехнической практике примечен метод электрома­шинного регулирования. На рис. 4.26 показана дуговая лампа Чиколева с электромашинным регулятором: последователь­ная и параллельная обмотки регулятора служили обмотками возбуждения двигателя 3, 4. Действие электромагнитов было встречным: при обгорании углей усиливалось действие па­раллельной обмотки, якорь 5 вращал вал 2 в одну сторону." угли сближались. При чрезмерном сближении углей усиливалось действие последовательной обмотки, и угли раздвигались В 60—70-х годах XIX в. в связи с развитием телефонии создаются специальные автоматические устройства — искатели, комутаторы и др.

Ведется раз­работка электротермических, электрохимических, электро­магнитных и электромашин­ах устройств.

В. рассматриваемый пери­од было положено начало и энергетическим применениям электричества, в частности, начинает развиваться промыш­ленная электрохимия. Развитие промышленной электрохимии в огромной мере обязано от­крытию Б. С. Якоби в 1838 г. явления гальванопластики, ко­торая позволила с помощью электролиза получать точные копии с поверхности предме­тов и сразу же нашла прак­тическое применение, например, в полиграфии, медальерном деле и т.п. Она явилась истоком созданного Якоби метода нанесения на поверхность предмета металлических покрытий — галь­ваностегии. В середине прошлого века в России и за границей воз­никли крупные гальванотехнические промышленные пред­приятия, на многих заводах были созданы гальванические мастер­ские.

Развитие промышленной электрохимии также сыграло важную роль в развитии электротехники, вызвав необходимость совер­шенствования источников постоянного тока (в частности, созда­ния экономичного генератора) и углубления электрохимических исследований.

Развитие исследований в области электрических и магнитных явлений и расширение их практического применения вызвали не­судимость разработки методов измерений основных электрических величин и создания электроизмерительных приборов.

Принцип действия первых электрических измерительных примеров основан на отклонении магнитной стрелки электрическим током. Такие приборы являлись лишь индикатора мм тока. Первьц, из них был мультипликатор австрийского физика И. X. Швейггсрд созданный в 1820 г. Он представлял собой рамку, состоящую из нескольких витков проволоки, внутри которой помещалась маг- нитная стрелка. Для устранения влияния земного магнетизма Лц. пер (в 1821 г.), как уже отмечалось ранее (см. параграф 3.5), предложил астатическую пару. В первых стрелочных приборах, служивших для измерения тока, синус или тангенс угла отклоне­ния стрелки был пропорционален величине тока, поэтому такие приборы назывались соответственно синус- и тангенс-гальвано­метрами.

Первая попытка отградуировать гальванометр сделана в 1839 г, Б. С. Якоби. Уже в первой половине XIX в. создаются более чувствительные и точные гальванометры, электродинамометр, астатический галь­ванометр и т.п. Были разработаны баллистический (Э. X. Ленд, 1832 г.) и компенсационный (немецкий физик И. Похтендорф, 1841 г.) методы измерений, мостовая измерительная схема (Ч. Уитстон, 1843 г.) и др.

В 40—60-х годах разрабатываются первые конструкции реоста­тов ("вольтагометр" Якоби), реохордов (Поггендорф), магазинов сопротивлений и других подобных устройств.

В течение всей второй половины XIX в. обсуждался вопрос об электрических единицах и эталонах. Сначала чуть ли не каж­дый исследователь создавал свой эталон. Так, Э. X. Ленц в 1838 г. пользовался единицей электрического сопротивления, реализованного в виде эталона — калиброванной медной про­волоки длиной I фут. В 1848 г. создал эталон сопротивления Б. С. Якоби: его эталон получил распространение в лаборато­риях России и Европы. Предлагали свои единицы сопротивле­ния Сименс, Уитстон и др.

Необходимость в установлении единых международных единиц все более возрастала. Большую работу ь этом отношении провела Британская ассоциация для содействия развитию наук, образовав­шая в 1861 г. специальный Комитет для разработки эталона еди­ницы электрического сопротивления. Этот Комитет предложил названия единиц «Ом», «Вольт», «Фарада». Особых названий для единиц тока и количества электричества ещё не было. Международный конгресс электриков, состоявшийся в 1831 г. в Париже, рекомендовал для применения абсолютную элект­ромагнитную систему и ввел названия единиц «Ампер» и «Кулон».

Окончательное разрешение вопрос об единицах и эталонах по­дучил на Чикагском электротехническом конгрессе в 1893 г.

 



BoomLive