Книга Поистине светлая идея. Эдисон. Электрическое освещение - Маркос Хаен Санчес

ПОЛЯРИЗОВАННОЕ РЕЛЕ

Стандартное реле состоит из электромагнита, который при прохождении электрического тока притягивает горизонтальный подпружиненный рычаг, замыкая или размыкая контакты в зависимости оттого, находятся они без тока в положении NA или NС (то есть замкнуты они или разомкнуты). Данные контакты можно считать прерывателем, позволяющим току протекать между двумя пунктами на разных концах цепи. Поляризованное реле — это конструкция, состоящая из электромагнита и постоянного магнита, который помещается между двумя катушками. На постоянный магнит приходится точка опоры рычага, который может быть наклонен влево или вправо. Рычаг — это южный полюс постоянного магнита, а катушки намотаны так, чтобы их верхний конец представлял собой противоположный полюс. Таким образом, когда подается ток, полюс электромагнита притягивает один конец рычага и отталкивает другой, когда же ток прерывается, рычаг наклоняется в другую сторону. Главное преимущество описываемого устройства состоит в том, что поскольку основная сила, отклоняющая рычаг, создается постоянным магнитом, реле может реагировать на относительно слабые токи. Поляризованное реле не имеет положений собственно NA или NС, а сила постоянного магнита удерживает рычаг в крайней позиции, если через катушки не пропущен ток.

Изменения силы тока не влияли на поляризованное реле, которое являлось сердцем системы.

Работая над данной схемой, Эдисон быстро понял, что у него в руках первый квадруплексный телеграф. Оставалось только интегрировать в дуплексный контур дуплексную схему, чтобы получить возможность пересылать сообщения в двух направлениях и иметь, таким образом, в каждом проводе по четыре телеграммы одновременно. Идея была не нова. Некоторые европейские физики, такие как голландец Иоганн Босха (1831-1911) из Лейденского университета, предлагали ее уже в середине века. Аналогично вышеописанному принципу, позволяющему передавать одновременные сигналы, можно воспользоваться тем фактом, что электрический ток отличается по силе и по направлению. Если два электрических прибора работают каждый лишь на одном из этих принципов, то есть один изменяет только направление тока, не меняя его силу, а другой наоборот, то они могут действовать совместно, не мешая друг другу, так как их реле чувствительны каждое к своей переменной — силе тока или его полярности. Однако, пока этим не занялся Эдисон, никто не смог разработать схему и компоненты, необходимые для реализации этой идеи, и довести ее до практического использования.

РИС. 9

Принцип работы квадруплексного телеграфа был основан на использовании мостового контура — схемы, которая иногда применялась как альтернативная форма дуплексного телеграфа (см. рисунок 9). Смысл ее был в том, чтобы изолировать зуммер, расположив его на мосту между основной линией и ответвлением. Мост аккуратно соединялся с источником тока, так чтобы ток на выходе не оказывал воздействия на зуммер. Когда ключ замыкал контакт, отправляя сигнал, то зуммер не работал. Такая альтернатива не очень широко применялась в дуплексных телеграфах, поскольку из-за меньшей чувствительности данная схема была менее надежной. Ключевой идеей, позволившей Эдисону соединить в своем устройстве дуплекс по амплитуде/полярности с мостовым дуплексом Стирнса, заключалась в том, что любой элемент, размещенный на хорошо отрегулированном мосту, был не в состоянии реагировать на напряжение на выходе. Таким образом, изобретатель вставил в цепь зуммер с поляризованным реле и нейтральное реле с повышенным порогом регулировки. В этой схеме резонатор был изолирован от тока на выходе, но на входе получал ток, который приходил от ответвления моста. Данная схема работала как дуплекс, поскольку не допускала локального возбуждения зуммера, позволяя отправлять два сообщения в противоположных направлениях, и, как и дуплекс, могла пропускать два сообщения одновременно в одном направлении — одно с изменением полярности, другое с изменением амплитуды. Используя такую систему с двух концов линии, можно было отправлять одновременно по два сообщения в обоих направлениях. Естественно, полноценно функционирующий квадруплекс требовал и напряженной работы целой команды операторов. И тем не менее использование инверсии тока в качестве фильтра тоже не обошлось без проблем. Так как перемена полярности вызывала кратковременное снижение напряжения, это приводило к бездействию нейтрального реле как раз тогда, когда оно должно было действовать. Эдисон решил бороться с упомянутым эффектом электромеханическим способом, чтобы он не нарушал сигнала. Вместо того чтобы препятствовать отключению нейтрального реле в тот момент, когда при инверсии напряжение падало до нуля, Эдисон использовал его для активации местного реле, расположенного между ним и реле ключа. Это местное реле было отрегулировано так, чтобы реагировать на сигнал медленней. В сущности, Эдисон не устранил проблему падения напряжения, а просто обошел ее (как он часто делал, когда сталкивался с серьезными затруднениями), применив каскад электромагнитов.

Квадруплексный телеграф позволил «Вестерн Юнион» получить огромное преимущество, резко повысив пропускную способность передающих линий, то есть количество сообщений, которые по ним можно было передавать, не протягивая дополнительных проводов. Система представляла собой также решение части традиционных проблем телеграфной связи, таких как «узкие места», перегрузка линий, возникающая в случае экстренных событий или в определенное время года, когда увеличивалось количество сообщений. В скором времени самые важные линии были заняты квадруплексными телеграфами, и в 1878 году «Вестерн Юнион» располагала уже 20 900 км линий квадруплексной связи, где на каждом конце линии сидели по четыре телеграфиста — два на передаче и два на приеме. Но даже в таком виде квадруплекс не являлся столь же эффективным средством связи, как четыре отдельных провода.

ЭЛЕКТРОМОТОГРАФ

Принцип так называемого электромотографа Эдисон в дальнейшем будет с успехом использовать в различных областях, однако сначала он применил его именно в телеграфии. В 1874 году самым часто используемым в телеграфах типом реле была модель, разработанная Чарльзом Графтоном Пейджем (1812- 1868), ученым и исследователем электромагнетизма, современником Майкла Фарадея и Джозефа Генри. Несмотря на то что повсеместное распространение этого устройства во всех телеграфных системах сделало его важнейшей деталью телеграфа, права на него долгие годы лежали нетронутыми в патентном бюро, пока адвокаты Гулда не обратили его внимание на данное обстоятельство. Финансист немедленно выкупил патент.

Гулд подал в суд на «Вестерн Юнион» за использование реле Пейджа. В результате Ортон поручил Эдисону найти альтернативу, с помощью которой можно избежать использования этого патента (а значит, и платы за него). Задание получилось не из легких, так как единственным на тот момент известным способом привести в действие рычаг реле считалось использование магнита. Эдисон принялся заново изучать свойства материалов, в результате чего появилось реле с меловым барабаном, которое он назвал «электромотографом».