UNITED STATES PATENT OFFICE.
_________________________
NIKOLA TESLA, OF NEW YORK, N. Y.
ELECTRICAL TRANSFORMER
SPECIFICATION forming part of Letters Patent No. 593,138, dated November 2, 1897.
Application filed March 20 16, 1897, Serial No. 628, 453. (No model)
__________
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР
Всем, кого это может касаться:
Да будет известно, что я, Никола Тесла, гражданин Соединенных Штатов, проживая в городе, округе и штате Нью-Йорк, изобрёл определённо новые и полезные усовершенствования в электрическом трансформаторе, последующее описание которого и сопровождающие его чертежи являются неотъемлемыми частями единого целого.
Настоящая заявка основана на устройстве, которое я разработал и использовал с целью выработки электрического тока высокого напряжения. Подобные трансформаторы или индукционные катушки, построенные на принципах, ранее использовавшихся при изготовлении таких аппаратов, совершенно непригодны для производства или практического использования, по крайней мере, без серьезной подверженности разрушению самого аппарата и опасности для приближающихся к нему людей или его обслуживания.
Усовершенствование включает в себя новый вид трансформатора или индукционной катушки и системы для передачи электрической энергии с их использованием, в которой энергия источника для передачи по линии поднимается до напряжения более высокого, чем когда-либо применялось на практике ранее, а аппаратура сконструирована для получения такого напряжения так, чтобы не только исключить опасность повреждения вследствие разрушения изоляции, но и быть безопасной для обслуживания.
С этой целью я построил индукционную катушку или трансформатор, в котором первичная и вторичная катушки намотаны либо расположены таким образом, чтобы
- витки проводника вторичной катушки, ответственные за разрушения от воздействия повышенного напряжения, были дальше отнесены от первичной катушки;
- вывод обмотки или точка наивысшего потенциала являлась самой удаленной;
- между соседними витками была минимально возможная разность потенциалов.
Тип катушки, которому присуща последняя особенность - плоская спираль, и этот вид я обычно использую, наматывая первичную обмотку снаружи вторичной и снимая ток вторичной обмотки с центрального или внутреннего конца спирали. Однако, я могу отступать от этой формы или изменять её в оговариваемых конкретных случаях.
В конструкции моих улучшенных трансформаторов я использую длину вторичной обмотки, составляющую примерно одну четверть длины волны электрических возмущений в цепи вторичной катушки применительно к скорости распространения электрических возмущений по этой цепи – в общем, такой длины, чтобы потенциал на выводе вторичной обмотки, наиболее удаленном от первичной, был максимальным.
При использовании этих катушек я заземляю конец вторичной обмотки, который находится в непосредственной близости от первичной обмотки, и для более действенного предотвращения причинения вреда персоналу или устройству, я соединяю его также и с первичной обмоткой.
На рис. 1 показана схема намотки и соединений, используемые в конструкции моих улучшенных катушек и способ их применения для передачи энергии на большие расстояния.
На рис. 2 показан вид сбоку, а на рис. 3 вид сбоку и часть разреза модифицированных типов индукционных катушек, изготавливаемых в соответствии с моим изобретением.
А - сердечник, который может быть магнитным, когда это желательно.
B - вторичная катушка, как правило, спиральной формы, навитая на сердечник.
C – первичная обмотка, намотанная вокруг вторичной обмотки в непосредственной близости к ней. Один вывод вторичной обмотки будет в центре спиральной катушки, и через него ток берется в линию или для других целей. Второй вывод вторичной обмотки подсоединен к земле, а также желательно, к первичной обмотке первичный.
Когда две катушки используются в системе передачи, в которой ток повышается до высокого потенциала, а затем снова преобразуется в более низкий потенциал, принимающий трансформатор будет построен и подключен таким же образом, как первый - то есть, внутренний или центральный вывод того, что соответствует вторичной обмотке первого трансформатора, будет подключен к линии, а другой конец к земле и к местной сети или к тому, что соответствует первичной обмотке первого трансформатора. В этом случае, во избежание потерь тока от его утечек из линии в объекты в её окрестностях и в контакты с землей, провод линии должен быть закреплен, например, на длинных изоляторах, смонтированных предпочтительно на металлических опорах, чтобы в случае утечки из линии он безопасно уходил в землю.
На рис. 1, изображающем такую систему, генератор G представлен как питающий первичную обмотку передающего или повышающего трансформатора, а лампы Н и двигатели К показаны подключенными к соответствующей цепи принимающего или понижающего трансформатора.
Вместо намотки катушек в виде плоской спирали, вторичная катушка может быть намотана на основу в форме усеченного конуса, а первичная обмотка намотана вокруг его основания, как показано на рис. 2.
На практике для аппарата, предназначенного для обычного использования, предпочтительно выполнение катушки, показанное на рис. 3.
На нем L L – шпульки из изолирующего материала, на которых намотана вторичная обмотка в данном случае, однако, из двух частей, образуя таким образом две вторичные обмотки.
Первичная обмотка С - спирально навитая плоская полоса вокруг обеих вторичных обмоток В
Увеличенный фрагмент рис 3.
Внутренние выводы вторичных обмоток выведены через трубы из изоляционного материала М, а другие, или наружные, выводы соединены с первичной обмоткой.
Длина обмотки вторичной катушки B или каждой вторичной катушки, когда, как на рис. 3, используются две катушки, как уже было сказано, приблизительно равна одной четверти длины волны электрического возмущения во вторичной цепи применительно к скорости распространения электрического возмущения по самой катушке и цепи, в которой она используется.
То есть, если скорость, с которой ток проходит по цепи, включая катушку, будет сто восемьдесят пять тысяч миль в секунду, то частота девятьсот двадцать пять колебаний в секунду будет поддерживать девятьсот двадцать пять стационарных волн в цепи длиной сто восемьдесят пять тысяч миль, и протяженность каждой волны будет двести миль в длину.
Для такой частоты длина обмотки вторичной катушки должна быть пятьдесят миль, чтобы на одном её конце потенциал был равна нулю, а на другом максимален.
Описанные здесь катушки имеют несколько важных преимуществ.
Поскольку потенциал возрастает на каждом последующем витке спирали, разность потенциалов между смежными витками сравнительно невелика, поэтому может успешно использоваться очень высокое напряжение, что неосуществимо с обычными катушками.
Поскольку вторичная обмотка электрически соединена с первичной, потенциал первичной обмотки будет, по существу, такой же, как и потенциал смежных с ней участков вторичной обмотки, поэтому нет предпосылок для возникновения искр между первичной и вторичной обмотками и разрушения изоляции.
Кроме того, поскольку и первичная, и вторичная обмотки заземлены, а вывод катушки, подключаемый к линии, защищен и располагается в точке, удаленной от устройства, опасность разряда через тело человека, обслуживающего устройство или приблизившегося к нему, сводится к минимуму.
Понимая, что индукционная катушка в виде плоской спирали сама по себе не нова, я заявляю, что моим изобретением является следующее.
Формула изобретения.
1. Трансформатор для получения или преобразования токов высокого напряжения, содержащий первичную и вторичную обмотки, в котором один вывод вторичной обмотки электрического соединен с первичной обмоткой, и заземляется при использовании трансформатора.
2. Трансформатор для получения или преобразования токов высокого напряжения, содержащий первичную и вторичную обмотки, выполненные в виде плоской спирали, в котором конец вторичной обмотки, смежный с первичной обмоткой, электрически соединен с ней и заземляется при использовании трансформатора.
3. Трансформатор для получения или преобразования токов высокого напряжения, содержащий первичную и вторичную обмотки, выполненные в виде спирали, причем вторичная обмотка находится внутри и в окружении витков первичной обмотки, а конец вторичной обмотки, смежный с первичной обмоткой, электрически соединен с ней и заземляется при использовании трансформатора.
4. В системе для преобразования и передачи электрической энергии, содержащей два трансформатора - один для повышения, другой для снижения потенциала тока, в указанных трансформаторах один вывод катушек из более длинной или тонкой проволоки подключен к линии, а другие их выводы, смежные с более короткими катушками, электрически соединены с ними и с землёй.
NIKOLA TESLA
Witnesses:
M. Lawson Dyer, G. W. Martling.
______________________________
Перевод выполнил: Владимир
Дата перевода: 05. 08. 2011
Последнее редактирование: 21. 08. 2017
