Реле и лошади
Реле и лошади Перевод с английского по книге: Владимира Гуревича;Electrical Relays: Principles and Applications;, CRC Press (Taylor; Francis Group), Boca Raton-London-New York, 2006, 671 p

Реле и лошади
Перевод с английского по книге: Владимира Гуревича;Electrical Relays: Principles and Applications;, CRC Press (Taylor; Francis Group), Boca Raton-London-New York, 2006, 671 p.



Оглавление

1.2. От Эрстэда до Генри
1.3. Профессор рисования С. Морзе
1.4. Реле Эдисона
1.5. Первые промышленные реле России

1. Истоки

1.1. Реле и лошади

Что такое РЕЛЕ ?
Наверное нет ни одного инженера или техника который мог бы позволить себе признаться коллегам, в том что он не знает что это такое реле. Это настолько широко распространенный в технике элемент, что наверное каждому  инженеру приходилось иметь с ним дело в той или иной степени. Но вот попробуйте, ради эксперимента, четко сформулировать понятие  <реле> ...
Думаю, читатель, тебе не удастся сделать это с первого раза. Да и со второго тоже. А если попытаться воспользоваться толковым словарем, то можно запутаться еще больше.
Суди сам:

RELAY

  • Замена лошадей
  • Смена рабочих
  • Работать посменно
  • Спортивная эстафета
  • Система смен на предприятии
  • Сменять, обеспечивать замену, передавать
  • Ретранслировать
  • Реле, переключатель

    Неправда ли, довольно неожиданные толкования такого распространенного в технике слова. В чем же здесь дело?
    Начинать придется издалека...
    В 1830 в Америке был построен первый <железнодорожный> путь из Балтимора до фабрики Элликота, протяженностью 13 миль. Первые поезда состояли из нескольких фургонов, на деревянных колесах которые тащила по деревянным рельсам упряжка лошадей. Постепенно такие поезда стали применяться для поездок между городами отстоящими друг от друга на значительно большие расстояния. При этом, нужно было дать лошадям возможность поесть и отдохнуть, что слишком затягивало путешествие. И вот, кому-то пришла в голову счастливая мысль менять упряжку лошадей в средней точке трассы так, чтобы путешествие можно было продолжать практически без остановки. Эту новую упряжку лошадей и назвали <реле> от французского - смена, замена. Это же имя получил вскоре и небольшой городок, в котором впервые была осуществлена такая смена лошадей.
    И несмотря на то, что такую дорогу скорее можно назвать <деревяннодорожный путь> , чем железнодорожный, началом эры железных дорог в США считается именно 28 Августа 1830 - начало регулярного движения  конных поездов через станцию Реле. В 1872 году  в Реле была построена железнодорожная станция пересадок (ретрансляционная станция) с комнатами для отдыха пассажиров с видом на виадук - Отель Виадука, а затем ратуша города Реле
  • Рис. 1.1. Железнодорожная станция <Отель Виадука> и городская ратуша города Реле.   Рис. 1.1. Железнодорожная станция <Отель Виадука> и городская ратуша города Реле.

        Рис. 1.1. Железнодорожная станция  <Отель Виадука> и городская ратуша города Реле.

    В то же время в той же Америке происходят не менее удивительные события и в совершено в другой области челоовеческой деятельности.

    [page]




    Оглавление

    1.1. Реле и лошади
    1.3. Профессор рисования С. Морзе
    1.4. Реле Эдисона
    1.5. Первые промышленные реле России

    1.2. От Эрстэда до Генри

    В 1820 году датский физик Н. С. Эрстед (Hans Christian Oersted) впервые демонстрирует взаимосвязь магнитного поля и электрического тока, показывая слабое влияние одиночного проводника с током на стрелку кампаса. Всего лишь через несколько месяцев после этого, экспериментируя с компасом, немецкий ученый Швейгер (S. C. Schweigerr), профессор химии университета Halle обратил внимание на то, что усилить это влияние удлиняя проводник с током нельзя, так как компас может взаимодействовать только с ближайшим к нему участком провода. И тогда ему в голову приходит счастливая идея некоей конструкции, в которой все участки длинного провода будут взаимодействовать со стрелкой компаса. Он просто намотал длиннный провод на оправку из двух деревянных брусков Aa и Cc с прорезями t и d в виде нескольких  витков, подключил выводы K и Z к гальванической батарее и вставил в образовавшуюся катушку компас. Называлось это устройство  <гальваническим умножителем> , рис. 1.2.

    Рис. 1.2. Гальванический умножитель Швейгера
    Рис. 1.2. Гальванический умножитель Швейгера

    Так появился на свет первый прообраз электромагнита (Diagram of Schweigger's multiplier. - Journal fur Chemie und Physik 31, Neue Reihe, Bd. I, 1821). А если в область <В> на рисунке поместить компас, как это и делал Швейгер, то получится самый настоящий гальванометр, которым можно измерять и ток и напряжение. Но тогда этого еще никто не знал, включая и самого автора этой идеи.
    Частично оценить эту идею удалось выдающемуся французскому физику Андре-Мари Амперу (Andre-Marie Ampere), который предложил использовать, множитель Schweigger, в телеграфной системе, в которой каждая буква  и цифра передавалось по  отдельной цепи, а поворачивающаяся игла компаса была индикатором наличия тока в той или иной цепи, соответствующей той или иной букве.  Ампер сообщил, что его эксперименты были полностью успешными, хотя и не дал никаких дополнительных пояснений. Очевидно, никаких дополнительных пояснений и не требовалось. Во всяком случае английский ученый Питер Барлоу (Peter Barlow) писал об опытах Ампера в 1824 году: <...детали такого устройства так очевидны, а принцип на котором оно основано так хорошо понятен, что единственным открытым остался вопрос о том, сможет ли электрический ток отклонить иглу после прохождения по длинному проводу. К великому разочарованию обнаруживается такое значительное уменьшение отклонения иглы уже через 200 футов проволоки, которое достаточно для того, чтобы убедить меня в непригодности схемы>.
    Тогда казалось, что этот безжалостный приговор Барлоу ставит крест на новой системе дальней связи, предложенной Ампером.
    К счастью, об этом мнении Барлоу не знал англичанин Вильям Стьюржен (William Sturgeon) и не стал бросать своих исследований по электромагнетизму, а наоборот, направил свои усилия на решение проблемы увеличения силы электромагнита. Успех не заставил себя долго ждать. В том же 1824 году Стьюржен публикует статью, в которой описывает свой новый электромагнит, содержащий  железный  сердечник и катушку, выполненную из неизолированной металлической проволоки. Для того, чтобы намотать большое количество витков Стьюржен изолировал поверхность согнутого в виде подковы железного сердечника лаком и намотал катушку с зазором между витками (Sturgeon's electromagnet. - Transactions of the Society for the Encouragement of the Arts, 1824, v. 43).

    Рис. 1.3. Электромагнит Стьюржена.

    Рис. 1.3. Электромагнит Стьюржена.
    Подковобразный сердечник с обмоткой расположен в верхней части конструкции.

    Как следует из этой публикации, электромагнит Стьюржена содержал уже 18 витков неизолированной проволоки и был уже самым настоящим электромагнитом, рис. 1.3.
    Далее, в нашей истории появляется новое действующее лицо: профессор математики и натуральной философии академии Элбани в Нью-Йорке Джозеф Генри (Josef Henry), рис. 1.4.
    Ему удалось сделать красивый, даже с уровня сегодняшних представлений, изобретательских ход: он предложил сделать саму проволоку для электромагнита изолированной и успешно реализовал  эту идею, обмотав проволоку шелковой нитью. Так появился на свет и первый электрический провод. После этого на катушки электромагнитов мотали уже сотни витков изолированного провода и электромагниты стали мощными устройствами, которые стали широко применяться в различных физических экспериментах.

    Рис. 1.4. Профессор Джозеф Генри и его первый многовитковый магнит, намотанный проводом, изолированным шелковой нитью       Рис. 1.4. Профессор Джозеф Генри и его первый многовитковый магнит, намотанный проводом, изолированным шелковой нитью

    Рис. 1.4. Профессор Джозеф Генри и его первый многовитковый магнит, намотанный проводом, изолированным шелковой нитью.

    Вскоре, пользуясь своей новой технологией, Генри строит самый мощный в мире электромагнит, который удерживал металлический брусок весом в 750 фунтов, рис. 1.5. Быстро описав свои эксперименты, он отсылает их Бенджамину Силлиману (Benjamin Silliman) профессору химии и естественной истории колледжа Yale и редактору Американского Журнала Науки. Б. Силлиман дает этим работам Генри восторженную оценку и в январе 1831 года в журнале выходит статья: Henry's Albany magnet with its battery and apparatus for measuring its strength.
    Дополнительно к своему отчету, Генри послал Б. Силлиману предложение построить для его экспериментов и лекций демонстрационный магнит, который удерживал бы уже 1000 или 1200 фунтов.
    Б. Силлиман быстро согласился и через несколько месяцев уже был готов магнит, который превзошел даже собственные ожидания Генри.

    Рис.1.5. Самый мощный в то время электромагнит, построенный Д. Генри по заказу Б. Силлимана

    Рис.1.5. Самый мощный в то время электромагнит, построенный  Д. Генри по заказу Б. Силлимана

    Этот "магнит Yale" с сердечником, весящем 59 фунтов, удерживал беспрецедентный вес 2,063 фунтов, рис.1.5. В благодарность, Б. Силлиман опубликовал подробное описание этого самого последнего и наиболее продвинутого электромагнита Генри и в примечании редактора отметил, что Генри удалось создать электромагнит, в 8 раз более мощный из когда-либо известных (Henry's Yale magnet, mounted in frame constructed under Silliman's  direction. N.M.A.H. Cat. No. 181,343. Smithsonian neg. no. 13,346)
    Чуть позже Генри прозрачно намекает в одной из своих статей на посетившую его идею создания машины, которая могла бы перемещатся электромагнитом и идею передачи энергии на рассотяние с помощью электромагнита.
    Летом 1831 Генри уже описывает конкретные технические решения для этих идей в короткой статье <О поршневом движении, произведенном магнитным притяжением и отталкиванием> ("On a Reciprocating Motion Produced by Magnetic Attraction and Repulsion"). Это было простое устройство, в котором прямой электромагнит мог качаться в горизонтальной плоскости, рис. 1.6.

    Рис. 1.6. Электро-поршневой движитель Генри

    Рис. 1.6. Электро-поршневой движитель Генри

    Рис. 1.7. Игрушка того времени, используюшая принцип электро-поршневого движителя Генри

    Рис. 1.7. Игрушка того времени, используюшая принцип электро-поршневого движителя Генри

    Гальванические элементы, установленные с двух сторон устройства были развернуты таким образом, что полярность питания качающегося электромагнита изменялась в зависимости от того, к какому гальваническому элементу в данный момент прикасались выводы электромагнита. Два вертикальных постоянных магнита C и D поочередно притягивали и отталкивали концы электромагнита, заставляя его качаться взад и вперед 75 раз в минуту. Фактически, это устройство уже содержало все основные элементы электрического устройства, назывемого теперь поляризованным электромагнитным реле: катушка с обмоткой, ферромагнитный сердечник, постоянный магнит, контакты, коммутирующие электрическую цепь. К сожалению, Генри  не смог сразу  рассмотреть в этом устройстве прообраза современого реле и считал это устройство всего лишь <философской игрушкой>, хотя и хорошим демонстрационным макетом, помогавшим объяснять студентам принципы магнетизма, хотя и продолжает ссовершенствовать его.
    В частности, вместо железного сердечника и двух вертикальных магнитов он использовал в своем движителе один прямой магнит на котором была намотана обмотка. Описание этого устройства не было опубликовано, но сохранились макеты его наглядных пособий, работающих на этом принципе, рис. 1.8.

    Рис. 1.8. Один из последних движителей Генри с колеблющимся электромагнитом.

    Рис. 1.8. Один из последних движителей Генри с колеблющимся электромагнитом.

    Вскоре Генри обнаруживает, что увеличить силу электромагнита за счет дальнейшего увеличения количества витков провода уже не удается из-за возрастания сопротивления обмотки. Тогда он разделяет обмотку электромагнита на отдельные катушки и изучает влияние на силу электромагнита последовательного и параллельного соединения катушек, рис. 1.9. Он устанавливает важную взаимосвязь между наилучшим соединением между собой катушек электромагнита и количеством последовательно включенных гальванических элементов.
    Однако, некоторые из описанных им опытов были весьма странны и совершенно не объяснимы. Например, если первые опыты, фактически подтверждали выводы Барлоу о резком снижении чувствительности магнитной стрелки при увеличении длины проволоки, соединяющей гальваническую батарею с электромагнитом, то последующие опыты обнаруживали совершенно аномальное возрастание чувствительности магнитной стрелки к электромагниту, подключеннному не к одной, а к группе из 25 последовательно соединенных гальванических элементов.
    При этом удавалось передать хорошо различимый сигна через проволоку длиной в тысячи футов. Генри посчитал, что все дело в изменении химических свойств  гальванических элементов при таком соединении, но сделал правильный вывод о том, что последовательным соединением гальванических батарей можно компенсировать увеличение длины провода, соединяющего электромагнит с батареей и таким образом можно создать практически действующий телеграф.
    Результаты своих исследований Генри опубликовал в 1831 году в Американском Журнале Науки и сразу же сделал демонстрационный макет телеграфа, который показывал студентам на лекциях вплоть до 1832 года. В этом учебном макете Генри использовал электромагнит с подковообразным железным сердечником и с катушкой, оптимально сочетающейся по количеству витков с гальваническим элементом. Между концами подковы он установил на оси постоянный магнит, который поворачивался при возбуждении катушки электромагнита. Фактически, это был тот же <умножитель Швейгера>, но значительно более мощный. Кроме того, Генри расположил рядом с поворотным магнитом небольшой офисный звонок, который издавал звук всякий раз, когда магнит ударял по нему своим концом. Электромагнит соединялся с батареей посредством медной проволоки длинной около мили, натянутой в лекционной аудитории.
    Д. Генри становится все более популярным в научных кругах Америки. В 1832 г. Принстонский университет  предлагает Генри должность профессора естественной философии, которую он с удовольствием принимает. Первым делом Генри восстанавливает демонстрационную модель своего телеграфа, но на этот раз, провод прокладывается не в лекционном зале, а между кампусами университетского городка. Считая преподавательскую работу приоритетной, Генри направляет все свои усилия на работу со студентами, продолжая попутно создавать все новые и новые демонстрационные макеты для своих лекций.

    Рис. 1.9. Электромагнит Генри с раздельными обмотками, соединяемыми последовательно или параллельно.

    Рис. 1.9. Электромагнит Генри с раздельными обмотками, соединяемыми последовательно или параллельно.

    В 1835 году он решает объединить свой чувствительный телеграфный электромагнит, хорошо работающий при подаче на него питания от удаленной батареи, со своим сверхмощным магнитом, способным удерживать рекордный вес при питании его от мощной батареи. В этой новой конструкции поворачивающиийся постоянный магнит вместо звонка, как это было в его телеграфе, замыкал контакт и включал цепь питания мощного электромагнита.
    Как ты догадался читатель, это и было ПЕРВОЕ В МИРЕ РЕЛЕ. Но ни сам Генри, и ни один человек в мире еще не догадывалсь о том что это РЕЛЕ. Профессор Генри с увлечением продолжал демонстрировать студентам свою новую <игрушку>: сначала он включал всю свою систему и подвешивал тяжелый груз к мощному электромагниту, а затем с большого расстоянии выключал чувствительнный телеграфный электромагнит. При этом поворачивающийся электромагнит разрывал цепь питания мощного электромагнита и тяжелый груз с шумом летел вниз под восторженные крики студентов.  Далекий от практики профессор Генри рассказывал студентам о перспективах применения своего нового устройства для управления звоном колоколов в удаленных церквях.

    Рис. 1.10. Демонстрационный макет и более поздний образец приемного устройства телеграфа, построенного Генри в 1831 г.

    Рис. 1.10. Демонстрационный макет и более поздний образец приемного устройства телеграфа, построенного Генри в 1831 г.

    Рис. 1.10. Демонстрационный макет и более поздний образец приемного устройства телеграфа, построенного Генри в 1831 г.

    Но о достижениях Генри знали не только его студенты. Другие известные и не очень ученые и инженеры шли за ним буквально по-пятам используя его идеи для решения собственных научных и технических задач.
    В 1833 году, всего лишь через два года после публикации Д. Генри описания его движителя с колеблющимся электромагнитом, никому не известный до того священних из Англии Вильям Ритче (William Ritchie) публикует в <Философских Записках> свою статью <Экспериментальные исследования электромагнетизма и магнитоэлектричества> (Experimental researches in electro-magnetism and magneto-electricity. - Philosophical Transactions, 1833, v. 123), в которой описывает устройство с непрерывно вращающимся электромагнитом, рис. 1.11.

    Рис. 1. 11. Схема и внешний вид движителя Вильяма Ритче    Рис. 1. 11. Схема и внешний вид движителя Вильяма Ритче

    Рис. 1. 11. Схема и внешний вид движителя Вильяма Ритче

    В этом устройстве электромагнит двигается уже не в вертикальной плоскости, как у Д. Генри, а в горизонтальной, а полярность питания катушки вращающегося электромагнита изменяется с помощью ртутного переключателя, образованного двумя полукруглыми ванночками с ртутью, в которые периодически попадают выводы  вращающегося электромагнита. Ртуть в обеих ванночках с помощью дополнительных проводников электрически соединена с полюсами гальванического элемента.
    Истории осталось не известно, знал ли В. Риче о работах Д. Генри когда изобретал свой движитель, так как он не сделал в своей статье никаких ссылок на предыдущие работы Д. Генри.  Это вызвало болезненую реакцию Генри, который считал себя первооткрывателем этой идеи.
    В последующие годы Генри очень ревностно следил за успехами своих коллег и неоднократно вступал с ними в полемику, даже на страницах научных журналов, оспаривая свое первенство. Особую известность получила его многолетняя судебная тяжба за авторство с Самуэлем Морзе (Samuel Finley Breeze Morse), использовавшем позднее колеблющийся электромагнит и другие идеи Генри в своем телеграфном аппарате без всяких ссылок на предыдущие работы Генри.
    Устройство В. Ритче подобно всем устройствам Д. Генри было, в первую очередь, всего лишь дидактическим инструментом, и не могло иметь  практического применения. Потребовалось целых пять лет для того, чтобы довести прибор В. Ритче до уровня, позволявшего рассматривать возможности уже практического применения этого прибора в качестве элетрического мотора.

    Рис. 1.12. Электрический мотор Д. Бостона

    Рис. 1.12. Электрический мотор Д. Бостона

    В 1838 году американец Даниэль Дэвис Бостон стал первым изготовителем демонстрационных электродвигателей, в которых неудобный ртутный переключатель полярности В. Ритче был заменен двумя металлическими полуцилиндрами, укрепленными на вращающемся валу, к которым прижимались два неподвижных проводника, подключенных к гальваническому элементу. К каждой половине цилиндра был припаян свой конец обмотки электромагнита.  По сути дела, это был уже самый настоящий коллекторный электродвигатель.
    Изобретение коллектора приписывают также еще одному изобретателю той поры Чарли Грэфтону Пэйджу (Charles Grafton Page). Некоторые исследователи полагают, что Девис Бостон лишь коммерциализировал идею Пэйджа.

    [page]





    Оглавление

    1.1. Реле и лошади
    1.2. От Эрстэда до Генри
    1.4. Реле Эдисона
    1.5. Первые промышленные реле России

    1.3. Профессор рисования С. Морзе

    Тем временем профессор Генри продоолжает свои эксперименты по совершенствованию электромагнитов, несмотря на горький конфликт со своим недавним коллегой С. Морзе.
    Профессор Генри никогда не опускался до уровня конструирования коммерчески пригодных устройств, основанных на его открытиях и поэтому не проявлял никакого интереса к патентованию конкретных приборов и аппаратов. Профессиональный художник-портретист (с 1832 г. профессор рисования и скульптуры Нью-Йоркского Университета) с очень небольшой формальной научной и технической подготовкой, С. Морзе, наоборот, никогда не занимался теоретическими изысканиями, а был человеком весьма прагматичным и обладал огромной трудоспособностью. Он просто конструировал и изготовлял новые аппараты для своего телеграфа, не забывая попутно патентовать их. При этом он пользовался консультациями известных ученых того времени, включая и самого Генри. Но патенты заявлял от своего имени и вполне справедливо считал, что патенты выдаются не на красивые теории, а на практические конструкции приборов и аппаратов, которые разрабатывал именно он. Длительные  судебные разбирательства по поводу приоритетов многочисленных патентов Морзе, основанных на идеях и открытиях Генри, отравили  многие годы жизни Генри и продолжались вплоть до самой смерти. Однако, профессор Генри был человеком достаточно сильным и мужественным и нашел в себе силы для продолжения своих исследований даже в такой неблагоприятной обстановке.

    Рис. 1.13. Самуэль Морзе
    Рис. 1.13. Самуэль Морзе

    Интересоваться электрическим телеграфом С. Морзе начал только с 1832 г., к тому времени, когда Генри уже создал все необходимые предпосылки для успешного построения реального электрического телеграфа.  Цепкий ум С. Морзе сразу же оценил огромную коммерческую перспективность идеи передачи сообщений на большие расстояния. Засучив рукава Самуель приступил к работе. Он не был не только ученым, но даже инженером и поэтому ему нужно было работать с двойной - тройной нагрузкой. У него не было достаточно денег, чтобы заказать изготовление необходимых деталей. Он не мог купить даже изолированный провод для намотки катушек. Даже при колоссальной работоспособности Морзе ему понадобилось почти 5 лет для того, чтобы построить первую модель телеграфа, которую уже можно было продемонстрировать публике и, самое главное, Конгрессу США, от которого Морзе мечтал получить деньги для продолжения работы. Богатые люди, которым он показывал свой аппарат видели в нем не более, чем интересную забаву и вкладывать деньги не спешили. Заинтересовался его изобретением лишь один студент Альфред Вэйл (Alfred Vail), отец и брат которого владели железной и медной мануфактурой и были богатыми людьми. Альфред пообещал достать деньги на новую более совершенную модель аппарата и Морзе пришлось взять его в соавторы. В последствие, Альфред Вэйл и другой помощник Морзе по имени Вильям Бакстер (William Baxter) стали активными разработчиками многих аппаратов Морзе. В некоторых источниках даже утверждается, что именно эти ассистенты Морзе и являются настоящими авторами многих изобретений Морзе, включая и его знаменитую азбуку. Но, как бы там ни было,  к 1838 году новый аппарат был представлен Конгрессу, но не вызвал особого интереса. Не обескураженный неудачей, Морзе с удвоенной энергией готовит новое представление. Прежде всего он изготавливает две мили водонепроницаемого изолированного провода, используя для этого смолу, деготь и резину. Морзе задумал осуществить передачу сообщения между двумя кораблями по подводному кабелю собственного изготовления. Но его опять ждала неудача. Перед толпой зевак один из кораблей цепляет кабель и рвет его.
    В это же время активно занимаются телеграфом и достигают сущесственных успехов Карл Гаусс и Вернер Вебер в Германии, барон Шиллинг фон Капштатт в России. Это еще более подогревает интерес Морзе. Между 1839 и 1842 годами он часто советуется с Генри по техническим вопросам и ищет его поддержку. И Генри охотно помогает Морзе, рассматривая его устройство не более, чем практическое приложение его собственных научных изысканий. Генри, весьма далекий от коммерческой стороны дела видел в лице Морзе человека, несущего в мир его, Генри, научные достижения. В феврале 1842 года, пользуясь своим авторитетом, Генри даже обращается с письмом в Конгресс с целью помочь Морзе получить инвестиции.
    В 1842 году Морзе предпринимает новую попытку заинтересовать Конгресс. Наконец-то, ему удалось получить деньги (30 тысяч долларов) и 11 (24) мая 1844 г. провести успешное публичное испытание своего телеграфа. Первым в мире официально зарегистрированным сообщением, переданным по телеграфу была фраза из библии: "What hath God wrought?" произнесенная присутствовавшей на испытаниях дочерью уполномо-ченного Патентного Ведомства. 
    Двенадцать лет упорного труда завершились полным триумфом и мировой славой, пришедшей к Морзе, как к создателю нового средства связи. К сожалению, в своих дальнейших  публикациях и патентах Морзе старался всячески проигнорировать роль Генри, что вызывало естественную болезненную реакцию Генри. В результате, оба они оказались втянутыми в многолетнюю судебную тяжбу и боролись за свой приоритет до конца своих дней.

    Рис. 1.14. Клопфер (sounder), успользуемый Морзе в его телеграфных аппаратах

    Рис. 1.14. Клопфер (sounder), успользуемый Морзе в его телеграфных аппаратах

    Практически все электромагнитные элементы аппарата Морзе были всего лишь доведенными до совершенства демонстрационными моделями Генри. Например, так называемый клопфер (sounder), этот прообраз будущего громкоговорителя (динамика),  рис. 1.14, который служил для звукового сопровождения кода азбуки Морзе (точки и тире), передаваемого ключем и помогал принимать на слух сообщения, зашифрованные кодом Морзе.

    Рис. 1.15. Схема телеграфа Морзе

    Рис. 1.15. Схема телеграфа Морзе

    Рис. 1.16. Клопфер, снабженный большим деревянным  резонатором
    Каждый ключ (Кеу) имел нормально замкнутый (NC) и нормально открытый контакты (NO), рис. 1.15.
    При каждом нажатии ключа на одном конце линии (Station 1) конец поворотного коромысла клопфера на втором конце линии  (Station 2) притягивался к сердечнику вертикально установленной катушки, и одновременно ударял по металлическому элементу, издающему звуковой сигнал.

    Рис. 1.16. Клопфер, снабженный большим деревянным резонатором.

    Для усиления звукового сигнала к клопферу позднее стали подключать дополнительный резонатор, рис. 1.16.
    Как можно заметить, клопфер содержит все конструктивные элементы  электромагнитных аппаратов Генри: многовитковую катушку, железный сердечник, качающееся в вертикальной плоскости коромысло и даже звуковой индикатор. Однако, нельзя не заметить наличие двух катушек, вместо одной, что значительно увеличивало чувствительность аппарата, полюсных насадок на конце коромысла и вообще, тщательную проработку конструкции.
    Эта конструктивная схема оказалась настолько удачной, что в последствие применялясь во всех аналогичных аппаратах, производимых разными компаниями в разные годы, рис. 1.17.
    Через некоторое время Морзе (или, скорее всего, кто-то из его многочисленных консультатов и помощников) догадался вставить карандаш в клопфер и приделать к нему пружинный заводной механизм, протягивающий бумажную ленту под этим карандашем. Работать с телеграфом стало очень удобно и он стал стремительно распространяться по всему миру. Сначала телеграфные линии на столбах строили в США только вдоль железных  дорог, так как железные дороги уже имели выкупленнные права на земли, через которые они проходили. Естествено, что и первые услуги новой системы связи были предоставлены имено железным дорогам. К 1854 году только в США было проложено свыше 20 тысяч миль телеграфного провода. На строительстве телеграфных линий в России сделал карьеру и заработал свой первый капитал немецкий инженер Сименс, основоположник  компании, превратившейся в последствие в суперконцерн, носящий его имя.
    По мере роста протяженности телеграфных линий, сигнал, достигающий приемного конца, становился все более слабым и его мощности уже не хватает для работы клопфера. И тут кто-то из команды Морзе вспоминает о демонстрационных  опытах Генри по дистанционному управлению мощным электромагнитом с помощью промежуточного чувствительного электромагнита с контактами. Это-же готовое решение проблемы! Чисто техническая сторона дела также ни у кого не вызвала вопросов: хорошо отработанная и надежно работающая конструкция клопфера содержит практичесски все необходимые элементы, рис. 1.18, для создания промежуточного элемента, повторяющего  сигналы  передающего  ключа  и  подключающего  вспомогательный источник питания (дополнительную гальваническую батарею), расположенную в середине трассы телеграфной линии в такт этим сигналам. Теперь не важно было расстояние между передающей и приемной станциями, поскольку между ними можно было включить на

    Рис. 1.17. Клопферы, выпущенные разными компаниями в разные годы.
    Рис. 1.17. Клопферы, выпущенные разными компаниями в разные годы.
    Рис. 1.17. Клопферы, выпущенные разными компаниями в разные годы.
    Рис. 1.17. Клопферы, выпущенные разными компаниями в разные годы.

    Рис. 1.17. Клопферы, выпущенные разными компаниями в разные годы.
    На последней фотографии клопфер конструктивно объединен с ключом.

    специальных телеграфных пунктах один или даже несколько повторителей сигнала с дополнительными <свежими> батареями. Вначале, эти устройства так и называли <повторителями> и <регистрами> (Repeaters and Registers), но потом кто-то обратил внимание на то, что эти устройства выполняют в телеграфе точно те же функции, что и релейные станции на которых меняли уставших лошадей в конных поездах: они заменяли слабый сигнал (уставшую лошадь) более мощным, подключая <свежую> батарею (свежую лошадь) в середине трассы. В дальнейшем именнно этот термин стал повсеместно распростаненым и вытеснил все другие.

    Рис. 1. 18. Промышленные образцы клопферов, которые использовались в качестве первых электромагнитных реле. Рис. 1. 18. Промышленные образцы клопферов, которые использовались в качестве первых электромагнитных реле. Рис. 1. 18. Промышленные образцы клопферов, которые использовались в качестве первых электромагнитных реле.

    Рис. 1. 18. Промышленные образцы клопферов, которые использовались в качестве первых электромагнитных реле.

    Конструкция реле начинает бурно совершенствоваться, рис. 1. 19.
    Появляются новые имена, как грибы после дождя возникают новые компании, специализирующиеся на разработке и производстве реле, но еще долгие годы реле остается всего лишь составной частью телеграфной системы.

    Многообмоточное и поляризованное (с дополнительным постоянным магнитом) реле, выпускавшиеся в 19 веке. Многообмоточное и поляризованное (с дополнительным постоянным магнитом) реле, выпускавшиеся в 19 веке.

    Рис. 1. 19.  Многообмоточное и поляризованное (с дополнительным постоянным магнитом) реле, выпускавшиеся в 19 веке.
    [page]





    Оглавление

    1.1. Реле и лошади
    1.2. От Эрстэда до Генри
    1.3. Профессор рисования С. Морзе
    1.5. Первые промышленные реле России

    1.4. Реле Эдисона

    Не мог обойти своим вниманием нарождавшуюся область техники и выдающийся изобретатель Томас Эдисон (Thomas Alva Edison), рис. 1.20.

    Рис. 1.20. Т. Эдисон.

    Рис. 1.20. Т. Эдисон.

    Свыше 200 его патентов посвящено реле и другим электромагнитным узлам телеграфных аппаратов, рис. 1.21.
    Термин <реле> используется Эдисоном уже как единственое обозначение соответствующего класса электрических аппаратов. В его изобретениях реле постепенно приобретает тот вид, под которым оно, сохранилось и до наших дней, рис. 1.22.
    Поистине широкомасштабное промышленное применение и, как следствие этого, скачкообразное конструкторско-технологическое развитие электромагнитных реле началось после изобретения телефона и        усовершенствования первых телефонных станций ручного обслуживания с гнездо-шнуровыми коммутаторами. Именно в таких коммутаторах американской фирмой Вестерн-Электрик  впервые в 1878 г. было применено электромагнитное реле.

    Рис. 1. 21. Копия страницы одного из 200 патентов Эдисона, относящихся к реле

    Рис. 1. 21. Копия страницы одного из 200 патентов Эдисона, относящихся к реле

    [page]





    Оглавление

    1.1. Реле и лошади
    1.2. От Эрстэда до Генри
    1.3. Профессор рисования С. Морзе
    1.4. Реле Эдисона

    1.5. Первые промышленные реле России

    В конце XIX века и в крупных городах России появились первые телефонные станции, правда, пока ручного обслуживания. В связи с отсутствием собственного (отечественного) телефонного оборудования, строительство и эксплуатация телефонных станций велись иностранными компаниями.
    Хозяин одной из таких компаний швед Ларс Эриксон в 1897 году открывает в Петербурге первую в России телефонную фабрику-мастерскую. С персоналом в 200 человек за 4 года существования эта фабрика выпустила 12 тысяч телефонных аппаратов и около 100 коммутаторов. А вскоре производила ежегодно уже более 60 тысяч телефонных аппаратов и несколько сотен коммутаторов.
    Во время русско-японской войны на фабрике "Эриксон" был налажен выпуск первой военной продукции: полевые станции с фоническим вызовом и форпостные телефоны, а сама шведская фабрика с 1 января 1905 года была переименована в "Русское акционерное общество Л.М. Эриксон и Ко".
    С началом первой мировой войны на фабрике появились военно-морской и технический отделы, которые занимались научно-инженерными изысканиями. В 1915 году фабрика стала крупным заводом, где уже работало более 3 тысяч человек. Тем не менее, как и в момент своего создания, фабрика занималась сборкой аппаратуры из зарубежных, в основном шведских, комплектующих, каковыми были для аппаратуры связи и реле.  
    В 1919 году завод  был национализирован, перейдя в ведение предприятий электротехнической промышленности слабого тока.  В 1922 году завод был переименован в Петроградский телефонный завод "Красная заря", входивший в числе других 11-ти предприятий Республики в Государственный электротехнический трест заводов слабого тока ( в последние годы существования Советского Союза - 9 Главное Управление Министерства промышленности средств связи) и только с этого момента  началось зарождение российского производства телефонных реле.
    Конструкции первых собственных реле завода "Красная заря" , которые выпускались до 1925 г. , были клапанного типа и практически полностью повторяли конструкции реле <Эриксон> , рис. 1.23. Однако производство даже этих реле было ручным и велось мелкими сериями, все материалы для производства покупались за границей.
    В связи с отсутствием собственного опыта,  российские ученые стремятся в первую очередь обобщить мировой опыт проектирования реле.

    Рис. 1.22. Схема реле из патента Эдисона 1873 года (а) и его : российские реле ЭП-100 (выпускалось в 40 - 50 годах прошлого века) и современное РП-21. Рис. 1.22. Схема реле из патента Эдисона 1873 года (а) и его : российские реле ЭП-100 (выпускалось в 40 - 50 годах прошлого века) и современное РП-21. Рис. 1.22. Схема реле из патента Эдисона 1873 года (а) и его : российские реле ЭП-100 (выпускалось в 40 - 50 годах прошлого века) и современное РП-21.

    Рис. 1.22. Схема реле из патента Эдисона 1873 года (а) и его <потомки> : российские реле ЭП-100 (выпускалось в 40 - 50 годах прошлого века) и современное РП-21.Как мало в сущности изменилось реле за более чем вековую историю своего существования! И в наши дни все те же принципы те же конструктивные схемы...

    В 1934 году профессором МЭИ Г. П. Матовым издается книга "Телефонные реле, их конструкция и расчет, являющаяся первым российским изданием, обобщившим мировой опыт в проектировании электромагнитных реле.

    Рис. 1.23. Реле фирмы Эриксон , производимое заводом Красная Заря до 1925 года.

    Рис. 1.23. Реле фирмы Эриксон , производимое заводом Красная Заря до 1925 года.рис.

    Рис. 1. 24а. Реле типа РКН (с круглым сердечником).

    Рис. 1. 24а. Реле типа РКН (с круглым сердечником).

    Рис. 1. 24б. Реле типа РПН (с плоским сердечником).

    Рис. 1. 24б. Реле типа РПН (с плоским сердечником).

    Понимая степень отставания России и всю важность развития релейной техники для современных систем связи и автоматики Наркомат оборонной промышленности создает в Москве НИИ электромеханики одной из задач которого было исследование и разработка новых типов реле, в том числе и для военной аппаратуры.  Руководил этими работами  Б. С. Сотсков. Параллельно с этим, в 1928 году начинается производство реле для электроэнергетики, промышленности, электроприводов на Харьковском электромеханическом заводе (ХЭМЗ). В течение нескольких лет здесь было налажено производство различных типов таких реле. Как и прежде, основной упор делался на копирование лучших образцов зарубежной техники. И такая политика продолжалась еще долгие годы. Копировались новые немецкие реле, изъятые из трофейной немецкой ФАУ-2. Широко известные российские реле РПН и РКН, рис. 1.24, выпускавшиеся с 1946 г. миллионами штук в течение многих десятков лет, были всего лишь копиями немецких и английских реле.
    Здесь интересно отметить, что хотя такие реле уже давно не используются в телефонном оборудовании и аппаратуре связи, они нашли <вторую жизнь> в системах релейной защиты электрических сетей. Один из самых крупных и известных в мире концернов, производящий все виды оборудования для электроэнергетики не стесняется до сих пор производить и использовать реле-аналог РКН, рис. 1.25. Конечно, это реле выполнено из современных материалов (реле имеет обмотку на 220 В постоянного тока и содержит 99.000 витков, проводом 0.056, сопротивление обмотки 39 кОм), снабжено красивым прозрачным кожухом, но ведь суть от этого не меняется. Это все то же старинное устройство.

    Рис. 1.25. Современное реле RXMA-1, одного из ведущих мировых лидеров о области реле - концерна АВВ - является практически полным аналогом реле РКН и его более ранних предков.

    Рис. 1.25. Современное реле RXMA-1, одного из ведущих мировых лидеров о области реле - концерна АВВ - является практически полным аналогом реле РКН и его более ранних предков.

    Количество релейных заводов быстро растет. Создаются крупные производства слаботочных реле в Харькове (ПО <Радиореле>), Ленинграде (НПО <Северная Заря>), Иркутске, Алатыре, Порхове, Краснодоне, Пензе и во многих других городах страны.

    Рис. 1.26. Малогабаритное реле РЭС-9, выпускаемое уже десятки лет Харьковским ПО и некоторыми другими заводами России, конструктивно очень похожее на древний клопфер.

    Рис. 1.26. Малогабаритное реле РЭС-9, выпускаемое уже десятки лет Харьковским ПО и некоторыми другими заводами России, конструктивно очень похожее на древний клопфер.

    Рис. 1.26. Малогабаритное реле РЭС-9, выпускаемое уже десятки лет Харьковским ПО <Радиореле> и некоторыми другими заводами России, конструктивно очень похожее на древний клопфер.

    Совершено независимо от них создается не меньшее количество заводов, производящих более крупные реле для промышлености (Электроаппартный завод в Чебоксарах, ПО Реле и Автоматики в Киеве, ПО Средазэлектроаппарат в Ташкенте, ПО Электроаппарат в Тирасполе, Мосэлектроаппарат в Москве, Электроаппартный завод в Ереване и др.) а затем и отдельные заводы авиационной коммутационной техники.
    Для кооординации научной деятельнности в отраслях и сопровождения производства в Ленинграде создается НИИ Коммутационной техники, специализирующийся на слаботочных реле,  в Чебоксарах - Всесоюный НИИ Релестроения, специализирующийся на реле промышленной автоматики и  защитных реле для электроэнергетики, в Мытищах под Москвой - ЦНИИ-22, координирующий разработки релейной техники для оборонной промышлености.
    В последние годы существования СССР реле производились на десятках крупных заводов, принадлежащих трем министерствам: Министерству промышлености средств связи, Министерству электротехнической промышленности и Министерству авиационной промышлености.
    В настоящее время палитра электромагнитных реле, выпускаемых заводами бывшего СССР весьма разношерстна. Здесь, например, можно встретить и  известные уже десятки лет реле РЭС-9 Харьковского ПО <Радиореле>, рис. 1.26. Кстати, это двухкатушечное реле имеет магнитную систему которая как две капли воды похожа на магнитиную систему древних соундеров-клопферов 19 века, рис. 1.27.

    Рис. 1.27. Рисунок соундера, из патента известного в то время изобретателя электромагнитных аппаратов J.H. Bunnell (1875).

    Рис. 1.27. Рисунок соундера, из патента известного в то время изобретателя  электромагнитных аппаратов J.H. Bunnell (1875).

    Рис. 1.28. Устаревшее реле МКУ-48 для систем промышленной автоматики, выпускаемое до сих пор Иркутским релейным заводом.

    Рис. 1.28. Устаревшее реле МКУ-48 для систем промышленной автоматики, выпускаемое до сих пор Иркутским релейным заводом.

    Тем не менее, это было достаточно надежное универсальное реле, широко применявшееся во всех областях техники. Автору довелось встречать такие реле даже в головной части советской тактической ракеты 9К21, способной нести все типы зарядов.
    Иркутским релейным заводом до сих пор выпускаются и такие ветераны релейной техники, как МКУ-48, рис. 1.28,  место которым уже давно в музее истории техниики.
    Российскими заводами производятся также и вполне современные реле, соответствущие зарубежным аналогам, рис. 1.29.

    Рис. 1.29. Современные российские реле

    Рис. 1. 29. Современные российские реле

    Источник: Перевод с английского по книге: Владимира Гуревича;Electrical Relays: Principles and Applications;, CRC Press (Taylor; Francis Group), Boca Raton-London-New York, 2006, 671 p. Адрес в интернете http://www.gurevich-publications.com/

 

Все права сохранены © Музей РЗА

Перепубликация материалов возможна только с устного или письменного разрешения администрации сайта!