Электрические генераторы Николы Теслы Эти генераторы специально предназначены для работы в цепях постоянного и/или переменного тока и для генерации затухающих и незатухающих колебаний или токов любой частоты, объема и напряжения в самых широких пределах. Они компактны, автономны, не требуют особого ухода в течение длительного периода времени и будут очень удобны и полезны для различных целей, таких как безпроводная телеграфия и безпроводная телефония; преобразование электрической энергии; образование химических соединений путем плавления и комбинирования; синтез газов; производство озона; освещение; сварка; коммунальная, больничная и бытовая санитария и стерилизация, а также множество других применений в научных лабораториях и промышленных учреждениях. Хотя эти трансформаторы никогда не были описаны ранее, общие принципы, лежащие в их основе, были полностью изложены в моих опубликованных статьях и патентах, в частности в статьях от 22 сентября 1896, и поэтому считается, что прилагаемые фотографии нескольких типов вместе с кратким объяснением передадут всю необходимую информацию. Существенными частями такого генератора являются конденсатор, катушка самоиндукции для зарядки конденсатора до высокого потенциала, контроллер цепи, и трансформатор, который питается от колебательных разрядов конденсатора. Существует по крайней мере три, но обычно четыре, пять или шесть контуров, настроенных друг на друга, и регулирование осуществляется несколькими способами, чаще всего просто с помощью регулировочного винта. Главным достоинством такого рода устройств, является удивительная мощность конденсатора, а особые качества возникают в результате объединения цепей, соблюдения точных гармонических соотношений и минимизации потерь на трение и других потерь, что было одной из главных целей конструкции. В широком смысле приборы можно разделить на два класса: один, в котором контроллер цепи содержит твердые контакты, и другой, в котором включение и выключение осуществляется ртутью. Рисунки 1-8 включительно относятся к первому классу, а остальные ко второму. Первые способны значительно повысить эффективность за счет того, что потери, связанные с изготовлением и разрывом, сведены к минимуму, а составляющая сопротивления, коэффициента демпфирования очень мала. Компонент с низким сопротивлением предпочтителен для целей, требующих большей производительности и большого количества разрывов в секунду. Работа двигателя и контроллера цепи, конечно, потребляет определенное количество энергии, которая, однако, тем менее значительна, чем больше мощность машины. На рис.1 показана одна из самых ранних форм осциллятора, построенная для экспериментальных целей. Конденсатор содержится в квадратной коробке из красного дерева, на которой установлена катушка самоиндукции т.е. зарядная катушка, намотанная в двух секциях, соединенных многократно или последовательно в зависимости от того, является ли напряжение цепи питания 110 или 220 вольт. Из коробки торчат четыре латунные колонны, несущие пластину с пружинными контактами и регулировочными винтами, а также две массивные клеммы для зажима проводов первичной обмотки трансформатора. Две колонки служат в качестве соединений конденсатора, в то время как другая пара используется для соединения переключателя спереди с катушкой самоиндукцией и конденсатором. Первичная катушка состоит из нескольких витков медной ленты, к концам которой припаяны короткие стержни, вставленные в указанные клеммы. Вторичная обмотка выполнена из двух частей, намотанных таким образом, чтобы максимально уменьшить распределенную емкость и в то же время позволить катушке выдерживать очень высокое давление между ее клеммами в центре, которые соединены со связующими стойками на двух резиновых колоннах, выступающих из первичной обмотки. Соединения цепей могут быть немного различны, но обычно они схематически проиллюстрированы в "Электрическом экспериментаторе" за май 1919 на стр. 89, относящемся к моей фотографии трансформатора колебаний, которая появилась на странице 16 того же номера. Операция заключается в следующем: При включении выключателя ток из цепи питания проходит через катушку самоиндукции, намагничивая железный сердечник внутри и разделяя контакты контроллера. Индуцированный ток высокого напряжения заряжает конденсатор, и при замыкании контактов, вся накопленная энергия высвобождается через первичную цепь, вызывая длинные волны колебаний, которые возбуждают уже настроенную вторичную цепь. Это устройство оказалось весьма пригодным для проведения лабораторных экспериментов всех видов. Например, при изучении явлений импеданса трансформатор был удален и в клеммы вставлен изогнутый толстый медный стержень. Последний часто заменялся большим круговым контуром для проявления сильных индуктивных эффектов на расстоянии или для возбуждения резонансных контуров, используемых в различных исследованиях и измерениях. Трансформатор, подходящий для любой желаемой производительности, можно было легко импровизировать и прикрепить к клеммам, и таким образом было сэкономлено много времени и труда. Вопреки тому, что можно было бы естественно ожидать, с контактами было мало проблем, хотя проходящие через них токи были громоздкими, т.е., существовали надлежащие условия резонанса, большой ток возникает только тогда, когда цепь замкнута и никакие разрушительные дуги не могут развиваться. Первоначально я использовал платиновые и иридиевые наконечники, но позже заменил их наконечниками из вольфрама. Последние доставляли наибольшее удовлетворение, позволяя работать часами и днями без перерыва. На рис.2 показан небольшой генератор, предназначенный для определенных конкретных целей. Основная идея состояла в том, чтобы достичь больших скоростей замыкания в течение мельчайших промежутков времени, каждый из которых сменялся бы сравнительно длительным периодом бездействия. С этой целью были использованы большая самоиндукция и быстродействующий разрыв, благодаря которому конденсатор был заряжен до очень высокого потенциала. Таким образом, были получены внезапные вторичные взрывные токи и искры большого объема, в высшей степени подходящие для сварки тонких проволок, нитей мигающих ламп, воспламенения взрывчатых смесей и аналогичных применений. Прибор также был приспособлен для работы от батарей и в таком виде представлял собой очень эффективный воспламенитель для газовых двигателей, на который мне 16 августа 1898, был выдан патент под номером № 609 250. На рис.3 представлен большой генератор первого класса, предназначенный для безпроводных экспериментов, получения рентгеновских лучей и научных исследований в целом. Он состоит из коробки, содержащей два конденсатора одинаковой емкости, на которых поддерживаются зарядная катушка и трансформатор. Автоматический регулятор цепи, ручной выключатель и соединительные стойки установлены на передней пластине катушки индуктивности, а также на одной из контактных пружин. Конденсаторная коробка оснащена тремя клеммами, две внешние из которых служат только для подключения, в то время как средняя несет контактный стержень с винтом для регулирования интервала, в течение которого цепь замкнута. Сама вибрирующая пружина, единственной функцией которой является периодическое прерывание работы, может регулироваться по своей прочности, а также по расстоянию от железного сердечника в центре зарядной катушки четырьмя винтами, видимыми на верхней пластине, чтобы можно было обезпечить любые желаемые условия механического управления. Первичная катушка трансформатора выполнена из листовой меди, и отводы выполнены в подходящих точках с целью изменения по желанию количества витков. Как показано на рис.1 катушка индуктивности намотана в двух секциях, чтобы приспособить прибор как к цепям 110, так и к цепям 220 вольт, и было предусмотрено несколько вторичных устройств, соответствующих различным длинам волн первичной обмотки. Мощность составляла примерно 500 ватт с затухающими волнами, частота около 50000 циклов (Гц) в секунду. В течение коротких промежутков времени возникали незатухающие колебания при завинчивании вибрирующей пружины плотно к железному сердечнику и разделении контактов регулировочным винтом, который также выполнял функцию ключа. С помощью этого осциллятора я сделал ряд важных наблюдений, и это была одна из машин, представленных на лекции в Нью-Йоркской академии наук в 1897. На рис.4 изображен тип трансформатора, во всех отношениях похожий на тот, который был показан в майском номере журнала "Экспериментатор по электричеству" за 1919, на который уже делалась ссылка. Он содержит идентичные основные части, расположенные аналогичным образом, но был специально разработан для использования в цепях питания более высокого напряжения, от 220 до 500 вольт и более. Обычные регулировки производятся при установке контактной пружины и при перемещении железного сердечника внутри катушки индуктивности вверх и вниз с помощью двух винтов. Для предотвращения травм при коротком замыкании в линии вставляются предохранители. Прибор был сфотографирован в действии, генерируя незатухающие колебания от цепи освещения 220 вольт. На рис.5 показана более поздняя форма трансформатора, в основном предназначенная для замены катушек Румкорфа. В этом случае используется первичный контур, имеющий гораздо большее количество витков, и вторичный тесно связан с ним. Токи, развиваемые в последнем (вторичном), имеющие напряжение от 10кВ до 30кВ, используются для зарядки конденсаторов и, как обычно, для работы независимой высокочастотной катушки. Механизм управления имеет несколько иную конструкцию, но сердечник и контактная пружина регулируются, как и раньше. Рис.6 представляет собой небольшой прибор этого типа, специально предназначенный для производства озона или стерилизации. Он удивительно эффективен для своих размеров и может быть подключен к цепи 110 или 220 вольт, прямой или переменной, предпочтительно первой. На рис.7 показана фотография более крупного трансформатора такого рода. Конструкция и расположение деталей такие же, как и раньше, но в коробке есть два конденсатора, один из которых подключен к цепи, как и в предыдущих случаях, в то время как другой находится в шунте к первичной катушке. Таким образом, в последнем возникают токи большого объема, и вторичные эффекты соответственно усиливаются. Введение дополнительной настроенной схемы обезпечивает также другие преимущества, но регулировка усложняется, и по этой причине желательно использовать такой прибор для получения токов определенной и неизменной частоты. На рис.8 показан трансформатор с вращающиймся разрядником. В коробке есть два конденсатора одинаковой емкости, которые могут быть подключены последовательно или несколько. Зарядные индуктивности выполнены в виде двух длинных катушек, на которых закреплены вторичные клеммы. Небольшой двигатель постоянного тока, скорость которого может варьироваться в широких пределах, используется для привода специально сконструированной машины. В других характеристиках генератор похож на тот, что показан на рис.3, и его работа будет легко понятна из вышеизложенного. Этот трансформатор использовался в моих безпроводных экспериментах, а также часто для освещения лаборатории с помощью моих вакуумных ламп и был также показан на моей лекции в вышеупомянутой НьюЙоркской академии наук. На рис.9 показан колебательный трансформатор, содержащий конденсатор и зарядную индуктивность, заключенные в коробку, трансформатор и контроллер ртутной цепи, причем последний имеет конструкцию, впервые описанную в моем патенте № 609 251 от 16 августа 1898. Он состоит из полого шкива с приводом от двигателя, содержащего небольшое количество ртути, которая выбрасывается наружу на стенки сосуда центробежной силой и захватывает контактное колесо, которое периодически замыкает и размыкает контур конденсатора. С помощью регулировочных винтов над шкивом глубина погружения лопастей и, следовательно, продолжительность каждого контакта могут варьироваться по желанию и, таким образом, контролироваться интенсивность эффектов и их характер. Эта форма разрыва дала большое удовлетворение, работая непрерывно с токами от 20 до 25 ампер. Количество прерываний обычно составляет от 500 до 1000 в секунду, но возможны и более высокие частоты. Занимаемое пространство составляет около 10инч x 8инч x 10инч, а мощность около ½ кВт. В только что описанном трансформаторе разрыв подвергается воздействию атмосферы, и происходит медленное окисление ртути. Этот недостаток преодолевается в приборе, показанном на рис.10, который состоит из перфорированного металлического ящика, содержащего конденсатор и зарядную индуктивность и несущего сверху двигатель, приводящий в действие разрыв, и трансформатор. Разрыв ртути относится к описываемому виду и работает по принципу струи, которая периодически устанавливает контакт с вращающимся колесом внутри шкива. Неподвижные части опираются в сосуде на стержень, проходящий через длинный полый вал двигателя, и используется ртутное уплотнение для герметичного закрытия камеры, охватывающей контроллер цепи. Ток подается внутрь шкива через два скользящих кольца сверху, которые последовательно соединены с конденсатором и первичной обмоткой. Исключение кислорода является решительным улучшением, устраняется износ металла и сопутствующие проблемы, а также постоянно поддерживаются идеальные условия работы. На рис.11 представлена фотография аналогичного генератора с герметично закрытым разрывом ртути. В этой машине, неподвижные части прерывателя во внутренней части шкива поддерживались на трубке, через которую проводился изолированный провод, соединяющийся с одной клеммой разрыва, в то время как другая находилась в контакте с сосудом. Таким образом, удалось избежать скользящих колец и упростить конструкцию. Прибор был разработан для колебаний более низкого напряжения и частоты, требующих первичных токов сравнительно меньшей силы тока, и использовался для возбуждения других резонансных контуров. На рис.12 показана улучшенная форма генератора типа, описанного на рис.10, в которой опорный стержень через полый вал двигателя был удален, а устройство, перекачивающее ртуть, удерживалось в нужном положении силой тяжести, как будет более полно объяснено со ссылкой на другой рисунок. Как емкость конденсатора, так и первичные витки были сделаны переменными с целью создания колебаний нескольких частот. Fig. 13—Tesla Oscillator with Magnetically Controlled, Sealed Mercury Interrupter. На рис.13 представлен фотографический вид другой формы колебательного трансформатора с герметично закрытым ртутным прерывателем, а на рис.14 приведены схемы соединений и расположения деталей, воспроизведенные из моего патента № 609 245 от 16 августа 1898, описывающего это конкретное устройство. Конденсатор, индуктивность, трансформатор и контроллер цепи расположены так же, как и раньше, но последний имеет другую конструкцию, что будет ясно из осмотра рис.14. Fig. 14—Electrical Oscillator, Illustrated in Fig. 13, Showing Details and Circuit Connections. Полый шкив а закреплен на валу с, который установлен в вертикальном подшипнике, проходящем через неподвижный полевой магнит d двигателя. Во внутренней части сосуда на подшипниках без трения поддерживается корпус h из магнитного материала, который окружен куполом b в центре многослойного железного кольца, с полюсными наконечниками oo, намотанными на питающие катушки p. Кольцо опирается на четыре колонны и при намагничивании удерживает корпус h в нужном положении во время вращения шкива. Последний изготовлен из стали, но купол предпочтительно изготовлен из немецкого серебра, обожженного кислотой или никелированного. Корпус h несет короткую трубку k, изогнутую, как указано, для улавливания жидкости, когда она вращается, и проецирует ее на зубья колеса, прикрепленного к шкиву. Это колесо изолировано, и контакт от него к внешней цепи устанавливается через ртутный стакан. При быстром вращении шкива струя жидкости ударяется о колесо, создавая и разрывая контакт примерно 1000 раз в секунду. Прибор работает безшумно и, благодаря отсутствию всех разрушающих агентов, постоянно находится в чистоте и идеальном состоянии. Однако число прерываний в секунду может быть намного больше, чтобы сделать токи подходящими для безпроводной телефонии и подобных целей. Fig. 15—Tesla Transformer with Gravity controlled, Sealed Mercury Interrupter. Модифицированная форма осциллятора представлена на рис.15 и рис.16, первый из которых представляет собой фотографический вид, а второй схематическую иллюстрацию, показывающую расположение внутренних частей контроллера. Fig. 16—Electrical Oscillator, Illustrated in Fig. 15, Showing Details of Motor and Break Mechanism В этом случае вал в, несущий сосуд а, является полым и поддерживает в подшипниках без трения, шпиндель j, к которому прикреплен груз k. Изолированный от последнего, но механически прикрепленный к нему, изогнутый рычаг L, на котором поддерживается, свободно вращающееся, разрывное колесо с выступами QQ. Колесо находится в электрическом соединении с внешней цепью через ртутный стакан и изолированную вилку, поддерживаемую сверху шкива. Из-за наклонного положения двигателя вес k удерживает разрывное колесо на месте силой тяжести, и при вращении шкива цепь, включая конденсатор и первичную катушку трансформатора, быстро замыкается и разрывается. Fig. 17. Tesla Transformer With Adjustable Mercury Controller. На рис.17 показан аналогичный прибор, в котором, однако, устройство для изготовления и разрыва представляет собой струю ртути, ударяющуюся об изолированное зубчатое колесо, закрепленное на изолированной шпильке в центре крышки шкива, как показано на рисунке. Подключение к контуру конденсатора осуществляется щетками, закрепленными на этой вилке. Fig. 18. Tesla Transformer With Mercury Jet Interrupter. На рис.18 представлена фотография другого трансформатора с контроллером ртутной цепи колесного типа, модифицированного в некоторых особенностях, на которых нет необходимости останавливаться. Это лишь некоторые из усовершенствованных мною колебательных трансформаторов, и они составляют лишь небольшую часть моего высокочастотного аппарата, полное описание которого я надеюсь дать в будущем, когда освобожусь от неотложных обязанностей.
