Патентное ведомство соединённых штатов (стр. 1 )

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК

КОНТРОЛЛЕР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

описание, являющееся частью патента № 000 от 01.01.01 г. заявка от 2 декабря 1897 г., номер заявки 660518 (модель не прилагается)

Всем заинтересованным лицам:

  Я, Никола Тесла, гражданин Соединённых Штатов, проживающий в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк, изобрел некоторые новые и полезные усовершенствования для контроллеров электрической цепи, описание ко­торых со ссылками на прилагающиеся чертежи приводится ниже.

В любых типах электрических устройств, включающих средства для более или менее быстрого замыкания и размыкания цепи, в течение периодов замыкания и размыкания происходят потери энергии из-за ду­гового разряда, возникающего между расходящимися или сходящимися выводами или контактами, или из-за разряда через вещество с высоким сопротивлением. Сохранение тока после разъединения контактов или его возникновение до их сведения возможно в определенной степени в различных типах аппаратов в зависимости от конкретных условий. Например, для обычной катушки индуктивности, как правило, просле­живается тенденция к возникновению дуги, особенно при прерывании тока, тогда как в некоторых типах устройств, изобретенных мной и ос­нованных на разрядке конденсатора, эта тенденция наиболее сильна в момент, непосредственно предшествующий замыканию контактов конт­роллера цепи.

  Потеря энергии, вызванная названными причинами, может быть существенной, что значительно ограничивает использование контролле­ра цепи и делает невозможным практичное и экономичное преобразова­ние значительного количества электроэнергии с его помощью, особенно в случаях, когда необходима высокая частота замыканий и размыканий.

  Многократные опыты и исследования, проведенные для выявле­ния возможностей избежать потерь, связанных с применением обычных типов контроллеров, привели меня к пониманию некоторых законов, обусловливающих потери энергии, согласно которым эти потери зависят главным образом от скорости сближения и расхождения контактов а также — в определенной степени — от вида волны тока. Словом, из тео­ретических соображений и экспериментов следует, что потери энергии в любом устройстве, предназначенном для размыкания и замыкания цепи, при прочих равных условиях обратно пропорциональны скорее квадра­ту, чем простой скорости сближения или расхождения контактов. Это касается случаев, когда кривая прохождения тока не настолько крутая, чтобы значительно отклониться от кривой, представляемой в виде си­нусной функции времени, однако на практике такое происходит редко. Напротив, кривая тока, возникающего при замыканиях и размыканиях цепи, как правило, очень крутая, особенно в случаях, подобных данной системе, когда контроллер цепи вызывает заряд и разряд конденсатора и, следовательно, потери энергии резко сокращаются за счет увеличения скорости сближения или расхождения. Проявление этих фактов и пони­мание невозможности достижения желаемых результатов за счет приме­нения обычных типов контроллеров цепи привели меня к изобретению новых и принципиально отличных устройств для замыкания и размы­кания цепи, где в качестве материала для одного или обоих контактов я использую проводящую жидкость, например ртуть, а также применяю разработанные мной новые устройства для обеспечения быстрого преры­вания контакта между жидкостью, с одной стороны, и проводником или группой проводников - с другой.

  С намерением получить более практичный и эффективный контрол­лер, где была бы велика не только соотносительная скорость контактов, но и частота замыканий и размыканий, я разработал устройство, описан­ное в заявке № 000 от 3 июня 1897 г., где вращается контейнер для сообщения быстрого движения телу или проводящему элементу в нем, находящемуся в прерывистом контакте с проводником. Этот проводник имеет по краям выступы, соприкасающиеся с жидкостью, движение кото­рой используется для вращения проводника. Подобное устройство, хотя и полностью соответствует целому ряду практических требований, тем не менее имеет некоторые ограничения по величине относительной скорости сближения и расхождения контактов, поскольку проводящие выступы подходят и отходят от жидкости не по кратчайшему пути, а, скорее, по касательной к поверхности, причем скорость сближения и расхождения тем меньше, чем больше диаметр вращаемого проводника или контакта.

  С целью обеспечить большую относительную скорость контактов и, следовательно, большую эффективность контроллера этого типа, я разработал модификацию аппарата, которая и является предметом на­стоящей заявки.

  В этом устройстве один из элементов или контактов — проводя­щая жидкость, которая с высокой частотой выпускается из форсунки на группу расположенных с определенными промежутками проводников. Для этого группа проводников — или единственный проводник — дви­жется поперек потока или струи жидкости, или сама струя перемещает­ся так, чтобы попадать на проводники. Это осуществляется благодаря концентрическому расположению проводников и выходной трубки, или канала, и вращению того или иного элемента.

  Основной признак моего усовершенствования — система подде­ржания потока или струи проводящей жидкости. Она заключается в использовании энергии, которая приводит в движение контроллер для перемещения его контактов относительно друг друга с целью поддержа­ния надлежащей циркуляции проводящей жидкости путем сочетания двух механизмов в одном (контроллера и устройства для поддержания циркуляции проводящей жидкости). Этот признак обладает значитель­ной практической ценностью, и реализовать его можно несколькими способами. Типичное устройство в данном случае — трубка, или канал, с форсункой на одном конце, направленной на проводники, причем дру­гой конец расположен так, чтобы вбирать некоторое количество быстро вращающейся проводящей жидкости, направлять ее по трубке и вы­пускать на проводники. С этой целью вместе с закрытым контейнером применяется держатель для трубки, установленный внутри контейнера, при его вращении держатель подвергается воздействию, например пос­редством магнитного притяжения извне или иным способом, притом так, чтобы оставаться неподвижным или иметь скорость, отличную от скоро­сти вращающейся жидкости.

  Что касается некоторых деталей, разработанных и примененных мной при конструкции и эксплуатации усовершенствованного контрол­лера, они будут описаны ниже более полно. Из вышеприведенного же описания сущности устройства явствует, что скорость движения двух частей или элементов относительно друг друга может быть многократно увеличена, а длительность дуги или разряда между ними в периоды замыкания и размыкания значительно сокращена без существенного уве­личения количества энергии, необходимой для увеличения скорости, и без ухудшения качества контактов или их разрушения.

  На рисунке 1 — чертеж системы, для которой разработано изоб­ретение. Рисунок 2 — вид контроллера цепи сверху. Рисунок 3 — вид сбоку катушки индуктивности с конденсатором и контроллером цепи с вертикальным сечением по центру.

  Общую схему системы можно понять, обратившись к рисунку 1. Здесь АА — контакты источника тока. А — катушка индуктивности или дроссель, включенная в одну ветвь цепи и постоянно соединенная с од­ним выводом конденсатора A". Противоположный контакт этого конден­сатора соединен с другим выводом источника через первичную обмотку В трансформатора, вторичная обмотка B’ которого является рабочей це­пью и содержит любую соответствующую нагрузку, например В".

  Контроллер цепи С, представленный в обычной форме, замыкает и размыкает перемычку от одного контакта источника к точке между дросселем А и конденсатором А", откуда следует, что, когда цепь че­рез контроллер замыкается, дроссель А закорачивается и накапливает энергию, которая разряжается в конденсатор, когда цепь контроллера размыкается; эта энергия, в свою очередь, разряжается из конденсатора через первичную обмотку 5, когда оба названных элемента закорачива­ются при следующем замыкании цепи контроллера.

  Теперь обратимся к рисункам 2 и 3 для иллюстрации более важ­ных и типических черт усовершенствованного контроллера. Элементы а образуют замкнутый контейнер цилиндрической формы с колпаком или расширением меньшего диаметра. Контейнер прикреплен к концу оси с, установленной вертикально в подшипниках произвольного типа, соответствующих данной цели. Для вращения контейнера а с высокой скоростью я конструирую соответствующее устройство, предназначен­ное для этой цели и включающее индуктор d, прикрепленный к основе или каркасу в, и кольцевой якорь f, прикрепленный к контейнеру а. Обмотки якоря соединены с пластинами д коллектора, прикрепленного к контейнеру а и имеющего цилиндрическую форму, чтобы окружать гнездо, в которое вставлена ось с. Элемент из магнитного материала /г, служащий якорем, смонтирован в подшипниках на продолжении оси с, так что контейнер и элемент h могут совершать независимое движение вращения. Вокруг колпака Ь, в котором заключен якорь /г, располагает­ся сердечник с полюсными наконечниками о, которые намагничивают­ся обмотками р на нем. Этот сердечник неподвижен и поддерживается держателями г (рисунок 2), независимыми от контейнера, так что при вращении последнего и возбуждении сердечника притяжение полюсов о, действующее на якорь h в контейнере а, удерживает якорь от вращения. Для предотвращения потерь от токов, протекающих внутри колпака Ь, его следует изготовить из нейзильбера или принять другие меры предо­сторожности. Рычаг i прикреплен к якорю h в контейнере я, и на конце его находится короткая трубка г, согнутая, как показано на рисунке 2, таким образом, что один открытый конец образует касательную к стенке контейнера, а другой направлен к его центру. К верхней пластине кон­тейнера а крепится группа проводящих пластин. Часть верхней пла­стины 5, с которой соприкасаются названные проводящие пластины, изолирована от самого контейнера изолирующими ушютнительными кольцами t, но электрически соединена с колпаком Ь, а для поддержа­ния электрического контакта внешней цепи с проводниками  на верши­не колпака устанавливается ртутная чашка w, в которую входит непод­вижная втулка контакта п. Небольшое количество проводящей жидко­сти, например ртути, помещается в контейнер а, и при его вращении ртуть за счет центробежной силы прижимается к его сторонам и подни­мается вдоль внутренней стенки. Когда она достигает уровня установ­ленной неподвижно трубки k с открытым концом, часть ее проникает в эту трубку и под действием инерции выбрасывается из нее, попадая на проводники, когда они, быстро сменяясь, проходят мимо форсунки трубки. Таким образом цепь между контейнером и проводниками за­мыкается на периоды, когда струя ртути попадает по любому из провод­ников, и размыкается, когда ртуть выходит между проводниками.