Кіріспе

Александерсон генераторы — 1904 жылы Эрнст Александерсон радио таратушы ретінде пайдалану үшін жоғары жиілікті айнымалы ток тудыру мақсатымен ойлап тапқан айналмалы машина. Бұл, радио арқылы амплитудалық модуляцияланған сигналдарды таратуға қажетті үздіксіз радио толқындарын жасауға қабілетті алғашқы құрылғылардың бірі болды. Шамамен 1910 жылдан бастап бірнеше «күшті» ұзын толқынды радиотелеграфия станцияларында Морзе коды арқылы трансокеандық хабар алмасу үшін, әлемнің түкпір-түкпіріндегі басқа станцияларға сигналдар жіберуге қолданылды. 1920 жылдардың басында вакуумдық түтіктердің дамуымен ығыстырылғанымен, Александерсон генераторы Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін қолданыла берді. Ол электр инженериясының маңызды жетістігі ретінде IEEE Milestones тізіміне енген.

Бұрынғы даму

1887 жылы радио толқындары ашылғаннан кейін, радио хабар таратушылардың бірінші буыны – ұшқындық таратушылар, радио толқындарының сөнуге тиіс импульстерін, яғни тез арада нөлге дейін баяулап келетін толқындар тізбесін жасады. 1890 жылдары осындай сөну толқындарының кемшіліктері бар екені анықталды: олардың энергиясы кең жиілік диапазонында таратылды, сондықтан әртүрлі жиіліктегі таратушылар бір-біріне кедергі келтірді және оларды дыбыс беру үшін аудио сигналмен модуляциялау мүмкін болмады. Сондықтан бір жиілікте үздіксіз, синусоидталған айнымалы ток тудыратын таратушыларды ойлап табуға күш салынды. 1891 жылы Фредерик Томас Траутон лекциясында, егер электрлік генератор жеткілікті жылдамдықпен жұмыс істесе (яғни, жеткілікті жылдам айналып, арматурасында жеткілікті магниттік полюстер болса), ол радиожиілікте үздіксіз толқындарды тудыра алатынын көрсетті. 1889 жылдан бастап Елиу Томсон және одан кейін бірқатар зерттеушілер жоғары жиілікті генераторлар жасады, соның ішінде Никола Тесла (1891, 15 кГц), Саломонс және Пайк.

Станциялар

Торн Л. Мейес 1924 жылға дейінгі кезеңде 200 кВт-тық Александерсон генераторларының он жұбын, барлығы 20 хабар таратушыны өндіруді анықтады:

| No. | Location | Callsign | Wavelength (m) | Frequency (kHz) | Installed | Idled | Scrapped | Remarks |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | New Brunswick, New Jersey, US | WII | 13,761 | 21.86 | 1918 | 1948 | 1953 | Февраль айында орнатылған 50 кВт генераторды ауыстырды |
| 2 | WRT | 13,274 | 22.62 | 1920 | 1948 | 1953 | | |
| 3 | Marion, Massachusetts, US | WQR | 13,423 | 22.34 | 1920 | 1932 | 1961 | Маркони мерзімінен өткізілген шырақты таратушыны ауыстырды |
| 4 | WSO | 11,628 | 25.87 | 1922 | 1932 | 1969 | | 1942 жылы Хаику, Гавайиге |
| 5 | Bolinas, California, US | KET | 13,100 | 22.910 | 1920 | 1930 | 1946 | Маркони мерзімінен өткізілген шырақты таратушыны ауыстырды |
| 6 | KET | 15,600 | 19.219 | 1921 | 1930 | 1969 | | 1942 жылы Хаику, Гавайиге |
| 7 | Radio Central, Rocky Point, New York, US | WQK | 16,484 | 18.211 | 1921 | 1948 | 1951 | |
| 8 | WSS | 15,957 | 18.819 | 1921 | 1948 | | | 1949 жылы Марион, Массачусетске. Кейін Смитсонов институтында |
| 9 | Kahuku, Hawaii, US | KGI | 16,120 | 18.6 | 1920 | 1930 | 1938 | |
| 10 | KIE | 16,667 | 18.0 | 1921 | 1930 | 1938 | | |
| 11 | Tuckerton, New Jersey, US | WCI | 16,304 | 18.43 | 1921 | 1948 | 1955 | Goldschmidt генераторын алмастырды |
| 12 | WGG | 13,575 | 22.1 | 1922 | 1948 | 1955 | | |
| 13 | Caernarvon, Wales, UK | MUU | 14,111 | 21.24 | 1921 | 1939 | | |
| 14 | GLC | 9,592 | 31.3 | 1921 | 1939 | | | |
| 15 | Varberg, Sweden | SAQ | 17,442 | 17.2 | 1924 | 1946 | 1960 | Бастапқыда 18.600 м, параллельді байланыс |
| 16 | SAQ | 17,442 | 17.2 | 1924 | 1946 | | | Гримтон, Швецияда сақталған |
| 17 | Warsaw, Poland | AXO | 21,127 | 14.212 | 1923 | 1939 | | 1939 жылдың 9-айында Германия әскері тәркіледі, 1945 жылы станциялар жойылды |
| 18 | AXL | 18,293 | 16.4 | 1923 | | | | |
| 19 | Pernambuco, Recife, Brazil | | | | 1924 | 1927 | | 1926 жылы Радио, Рокки Пойнтке қайтарылды, себебі тиімді вакуумдық түтік таратушылары қол жетімді болды |
| 20 | | | | | | 1927 | | |

Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде және одан кейін АҚШ әскери қолдануы

1941 жылдан бастап, АҚШ Әскери-теңіз күштері мен Әуе күштері бастапқы жиырма 200 кВт генератордың жетісін пайдалануға кірісті:

No. Орналасқан жерШақыру белгісіБастапқы орналасқан жерТеңіз күштерінің жұмысыӘуе күштерінің жұмысыЖарамсыз деп танылған күні1 Хайку, ГавайиМарион, Массачусетс (WSO)1942 19461947 195719692 Болинас, Калифорния (KET)1942 19461947 195719693 Марион, МассачусетсМарион, Массачусетс (WQR)1941 19481949 195719614 AFA2Radio Central (WSS)1949 1957Смитсонов институты5 Такертон, Нью-ДжерсиТакертон, Нью-Джерси (WCI)1942 194819556 Такертон, Нью-Джерси (WGG)1942 194819557 Болинас, КалифорнияБолинас, Калифорния (KET)1942 19461946

Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде АҚШ Әскери-теңіз күштері Тынық мұхиты флотына сенімді, алыс қашықтықтағы ұзақ толқынды (VLF) хабар тарату қажеттігін мойындады. Гавайидегі Хайку қаласында жаңа нысан салынды, онда материктен әкелінген екі 200 кВт Александерсон генераторы орнатылды. Теңіз күштері Тынық мұхитымен байланыс үшін Калифорниядағы Болинастағы қолданыстағы бергішті де пайдаланды. 1969 жылы екі Хайку генераторы да, мүмкін Калифорниядағы Крегер компаниясына, жарамсыз деп танылған заттарды қайта өңдеу үшін сатылды. 1940 жылдардың соңында Әуе күштері Хайку және Массачусетс штатындағы Марион нысандарының бақылауын өз қолына алды. Әуе күштері Арктика зерттеушілеріне, сондай-ақ Гренландия, Лабрадор және Исландиядағы базаларға ауа райы туралы ақпарат жібергенде, ұзақ толқынды хабар таратудың қысқа толқынды хабар таратудан сенімдірек екенін анықтады. Мариондағы екі бергіш 1957 жылға дейін қолданылды. Біреуі 1961 жылы жарамсыз деп танылды, ал екіншісі АҚШ Стандарттар бюросына тапсырылды және Смитсонов институтының қоймасында сақталды.

Дизайн

Александерсон генераторы AC электр генераторына ұқсас жұмыс істейді, бірақ өте төмен жиілікті (VLF) радиожиілік диапазонында жоғары жиілікті ток тудырады. Роторда өткізгіш орамдар немесе электрлік қосылыстар жоқ; ол жоғары керіс күшті магниттік болаттан жасалған қатты дискіден тұрады, оның шетіне магниттік полюстер ретінде жұмыс істейтін тар "тістер" қатарын жасау үшін тар ойықтар ойылып салынған. Тістер арасындағы кеңістік ротордың аэродинамикалық қарсылығын азайту үшін тегіс бет беру мақсатында магниттік емес материалмен толтырылады. Роторды жылдамдық көбейткіш беріліс қорабы арқылы электр қозғалтқышы жоғары жылдамдықпен айналдырады. Машина өзгеретін қарсылық принципі бойынша жұмыс істейді (электр гитараның датчигіне ұқсас), екі катушканы байланыстыратын магниттік ағынды өзгертеді. Ротордың шетін C тәрізді қимасы бар, тар полюстерге бөлінген дөңгелек темір статор қоршап тұрады, статордағы полюстер саны ротордағы полюстер санымен бірдей, және екі жиынтық орамдар орналасқан. Бір жиынтық орамдар тұрақты токпен қуаттандырылады және статордағы ауа саңылауында магниттік өріс тудырады, ол ротор арқылы бойлық (жанама) бағытта өтеді. Ротор айналғанда, кезекпен дискінің темір бөлігі статор полюстерінің әр жұбы арасындағы саңылауда орналасады, бұл жоғары магниттік ағынның саңылаудан өтуіне мүмкіндік береді, немесе статор саңылауында магниттік емес ойық орналасады, бұл магниттік ағынның азайтуына мүмкіндік береді. Осылайша статор арқылы магниттік ағын синусоидалық түрде жылдам өзгереді. Ағындағы бұл өзгерістер статордағы екінші жиынтық орамдарда радиожиілікті кернеуді тудырады. RF коллектор орамдарының барлығы шығыс трансформаторымен байланыстырылған, оның екіншілік орамы антенна тізбегіне қосылған. Радиожиілікті энергияны модуляциялау немесе телеграфтық кілттеу магниттік күшейткіш арқылы жүзеге асырылды, ол амплитудалық модуляция және дауыс беру үшін де қолданылды. Александерсон генераторы тудыратын ток жиілігі герцте ротор полюстерінің саны мен секундына айналымдардың көбейтіндісіне тең. Жоғары радиожиіліктер үшін көбірек полюстер, жоғары айналу жылдамдығы немесе екеуі де қажет. Александерсон генераторлары трансконтиненталдық сымсыз байланыс үшін өте төмен жиілікті (VLF) радио толқындарын өндіру үшін қолданылды. 100 кГц шығыс жиілігі бар әдеттегі генератор 300 полюске ие және минутына 20 000 айналыммен (RPM) айналады (секундына 333 айналым). Жоғары қуатты өндіру үшін ротор мен статор арасындағы аралық 1 мм-ге дейін сақталды. Мұндай жоғары жылдамдықпен айналатын дәл машиналарды жасау көптеген жаңа қиындықтар тудырды, ал Александерсон хабар тарату станциялары көлемді және өте қымбат болды.

Жиілікті басқару

Бергіштің шығыс жиілігі ротордың жылдамдығына пропорционалды. Жиілікті тұрақты ұстау үшін электр қозғалтқышының айналу жылдамдығы кері байланыс арқылы бақыланды. Бір әдісте шығыс сигналының үлгісі жоғары Q факторы бар күйделген тізбекке (контурға) қолданылады, оның резонанстық жиілігі шығыс жиілігінен сәл жоғары. Генератордың жиілігі LC тізбегінің импеданс қисығының "шетіне" түседі, онда импеданс жиілік артумен бірге тез өседі. LC тізбегінің шығысы түзетіледі, ал нәтижесінде алынған кернеу тұрақты эталондық кернеумен салыстырылады, бұл мотордың жылдамдығын басқару үшін кері байланыс сигналын тудырады. Егер шығыс жиілігі тым жоғары болса, LC тізбегінің ұсынатын импедансы артады және LC тізбегі арқылы өтетін радиожиілік (RF) сигналының амплитудасы төмендейді. Моторға берілетін кері байланыс сигналы төмендейді, соның салдарынан мотордың айналуы баяулайды. Осылайша, генератордың шығыс жиілігі күйделген тізбектің резонанстық жиілігіне "бекітіледі". Бұл құрылғылар 10 500 - 24 000 метр (28,57 - 12,5 кГц) толқын ұзындығында жұмыс істеуге құрылды. Бұл үш жобалық параметрлер арқылы іске асырылды. Алтернаторлар 1220, 976 немесе 772 полюспен жасалды. Үш редуктор 2.675, 2.973 және 3.324 қатынаспен қол жетімді болды, ал 900 айналымдық мотор 4% -тан 20% -ға дейін сығумен (slip) жұмыс істеді, бұл 864-тен 720 айналымдық жылдамдыққа әкелді. Еуропада орнатылған және 50 герц желісімен жұмыс істейтін бергіштерде, мотордың төмен жылдамдығына байланысты толқын ұзындығы 12 500 - 28 800 метр аралығында болды.

Жүгірту артықшылықтары

Үлкен Александerson генераторы 500 кВт радиожиілік энергияны шығарады және сумен немесе маймен салқындатылады. Мұндай машиналардың бірінде статор орамында 600 полюс жұбы болды, ал ротор 2170 айналым/мин жылдамдықпен айналдырылып, 21,7 кГц-қа жуық шығыс жиілігін тудырды. Жоғары жиіліктер алу үшін ротордың айналу жылдамдығы 20 000 айналымға дейін көтерілуі керек болды. 1903 жылы ойлап табылған доғалық түрлендіргішпен бірге Александerson генераторы үздіксіз толқындарды тудыратын алғашқы радио хабар тарату құралдарының бірі болды. Ал бұрынғы ұшқындық таратушылар демпферленген толқындар тізбегін шығарды. Бұл құралдар электрлік "шулы" болды; таратушының энергиясы кең жиілік диапазонына таратылды, сондықтан олар басқа таратуларға кедергі келтіріп, тиімсіз жұмыс істеді. Ұздіксіз толқын таратушысымен энергияның барлығы тар жиілік жолағында шоғырландырылды, сондықтан берілген қуат үшін олар ұзақ қашықтықтарда байланыс орната алады. Сонымен қатар, үздіксіз толқындарды дыбыстық сигналмен модуляциялауға болады, осылайша дыбысты тасымалдауға мүмкіндік туады. Александerson генераторы AM таратуы үшін қолданылған алғашқы таратушылардың бірі болды. Александerson генераторы доғалық түрлендіргіштен "таза" үздіксіз толқындарды шығарды, оның синусоидты емес шығысы маңызды гармоникаларды тудырды, сондықтан генератор алыс қашықтықтағы телеграфия үшін артықшылыққа ие болды.

Кемшіліктер

Әдеттегі генератормен салыстырғанда өте жоғары айналу жылдамдығы болғандықтан, Александерсон генераторына білікті персоналдың үнемі күтім көрсетуі қажет болды. Сенімділікті қамтамасыз ету үшін тиімді майлау және май немесе сумен салқындату маңызды болды, бірақ сол кездегі майлау материалдарының мүмкіндіктері шектеулі болғандықтан бұл қиынға соқты. Шындығында, Корольдік теңіз күштерінің "Қылсыз телеграф жөніндегі адмиралтействолық нұсқаулығы" кітабының алғашқы басылымдарында бұл мәселе кеңінен талқыланған, көбінесе теңіз күштерінің осы технологияны қолданбауының себептерін түсіндіру мақсатында. Дегенмен, АҚШ теңіз күштері қолданды. Басқа да маңызды мәселелердің бірі – жұмыс жиілігін өзгерту ұзақ және күрделі процесс болды, ал ұшқыш генератордан айырмашылығы, тасымалдаушы сигналды қалауынша қосуға немесе өшіруге болмады. Соңғы мәселе "тыңдау арқылы анықтауды" (яғни, жауап күту үшін хабар таратуды тоқтатуды) әлдеқайда қиындатты. Бұдан басқа, бұл кеменің бар екенін жау кемелеріне білдіріп беру қаупі де болды. Генератордың полюстерінің саны мен айналу жылдамдығының шектеулеріне байланысты, Александерсон генераторы төменгі орта толқын диапазонында шамамен 600 кГц-ға дейінгі тарату жиіліктерін тудыра алады, ал қысқа толқынды және одан жоғары жиіліктерді физикалық тұрғыдан жасау мүмкін емес.