Импульсное реле

Импульсное реле – это реле, работа которого управляется импульсами тока или напряжения.

Скрин газеты

История

Создателем реле на Западе считают сэра Джозефа Генри. В советские времена создание первых трансформаторов относили на 1876 год, приписывая заслуги Яблочкову. А Майкл Фарадей, скромный открыватель закона электромагнитной индукции, остался в стороне. И тороидальный трансформатор, описанный ещё в первой половине XIX века, служившей экспериментальной установкой, оказался впопыхах позабыт патриотическими летописцами.

Аналогичным образом отечественная литература заслуги по созданию телеграфа отдаёт Павлу Шиллингу. В действительности, Википедия русскоязычного домена отдаёт приоритет Павлу Львовичу, а англоязычная в сомнении между двумя кандидатами:

1. Джозеф Генри.
2. Сэмюэль Морзе.

Автор аппаратного телеграфа

Имеются сведения, что Шиллинг построил первый практический телеграф, а прежде прибор рассматривался в качестве средства развлечения студентов и слушателей. В былые времена профессор завлекал людей на лекции для получения дохода, каждый старался, прилагая усилия. Поэтому ниже рассмотрена история телеграфа с откровенным пристрастием и бесконечными уточнениями. Допустимо утверждать, что трансформатор был известен и до Яблочкова, но сей учёный муж, добравшийся до Франции в погоне за созданием новинки, сделал прибор популярным и доказал очевидную полезность.

Итак, импульсные реле электромагнитные появились первыми – хотя нигде прямо не говорится – и служили для усиления сигнала в цепях передачи информации посредством телеграфа. Рассмотрим историю вопроса!

Зарождение мысли о передачи информации на расстояние

Как пошутили на одном форуме касательно термина аналогового сигнала, отличие его от цифрового заметны уже в древние времена. К примеру, индейцы уже передавали сообщения при помощи дыма костра, то накрывая, то открывая пламя. Использовался двоичный код:

• Идёт дым (единица).
• Нет дыма (нуль).

Но потребностей в терминах не возникало. Аналогично и о телеграфе. На каком основании рабочую конструкцию с огнём отбрасывают исследователи? Азбука у индейцев присутствовала, информация определённо доходила до получателя, возможно, зачатки такой передачи существовали до нашей эры. Поэтому в истории важно применить правильные термины. Пример из англоязычного домена Википедии (история телеграфа): «Анонимный читатель журнала Scots Magazine отправил в редакцию сообщение, опубликованное в 1753 году, где говорилось, что возможно собрать электростатический телеграф».

Вот оно! Изобретатель электрического телеграфа неизвестен! Впрочем, схожее говорится и о двигателе постоянного тока (хотя к прибору приложил руку и Яблочков). Майклу Фарадею пришло письмо от некоего анонима, прочитавшего заметку учёного в одном из научных журналов. Текст содержал принятые предложения по улучшению сырого двигателя. Кстати, изобретатель дымового телеграфа, к великому сожалению, также не представился широкой публике. Первый полезный для человека электростатический телеграф построил в 1816 году Фрэнсис Рональдс, биографии нет в русскоязычном домене Википедии.

Фрэнсис Рональдс

Ограниченность электростатического телеграфа стала очевидной: сложность питания. Когда Вольта в 1800 году представил Королевскому обществу Англии первый прототип гальванического элемента, никто уже не хотел тереть ладошками серный шарик. Люди быстро привыкают к хорошему. Напряжение гальванических элементов было столь малым, что для получения электрической дуги требовалось собрать в батарею по тысяче медных и цинковых «кружочков». Полученное высоковольтное напряжение становится весьма опасным, в чем на собственном опыте убедился изобретатель Лейденской банки (его имя доподлинно известно) Питер ван Мушенбрук. Потирая места, поражённые электрическим током, исследователь писал, что за все богатства Франции не желает повторить опыты разряда устройства собственным телом.

Следовательно, в целях безопасности (избегая электрической дуги) понадобилось изобретать нечто, доселе неизвестное. Зная о Уильяме Стерджене (его имя указывается по-разному источниками), создавшем электромагнит предположительно в 1824 году, учёные независимо пришли к выводу, что новинку возможно с пользой употребить в дело (не для железных опилок). Нельзя руке оператора контактировать с цепью, несущей, возможно, киловольт напряжения. Стандартный телеграфный ключ не годится. И понадобилось импульсное реле… Почему импульсное? Управлялось оно низковольтными импульсами телеграфного ключа, формируемыми рукой оператора!

Кто изобрёл импульсное реле

Из сказанного выше становится понятно, что с определением изобретателя импульсного реле возникло затруднение. Причём связанное с телеграфом. Импульсное реле изобретено как средство для приведения в движение силового контактора. И напряжение высокое, и вещь весьма тяжёлая. Но уже Уильяму Стерджену удалось поднять 4 кг…

Конструкция первого электромагнита оставляла желать лучшего. Стерджен по наитию изолировал сердечник, а провод оставался оголённый, намотанный лишь в один слой. Так большой магнитный поток создать сложно. Джозеф Генри оказался сообразительнее. От Швейггера (представил 16 сентября 1820 году) учёный знал, что можно изолировать провод шёлком. Что и сделал. Новый электромагнит демонстрировал фантастическое усилие, сумев удержать почти тонну веса.

Итак, импульсное реле едва ли изобретено ранее 1824 года, но первая конструкция не отличалась быстродействием или мощностью. Следовательно, годилась плохо. Араго осенью 1820 года заметил, что провод притягивает металлические опилки, но это не считалось пока импульсным реле. Если верить сведениям Политехнического музея Санкт-Петербурга, попытки сделать телеграф предпринимались Павлом Шиллингом, демонстрация состоялась 21 октября 1832.

Скрин из Википедии

Приводятся сведения интересные с той точки зрения, что сталинского времени журнал (Электричество №12, 1950 год) называл Шиллинга изобретателем реле. Авторами обзора проведено расследование, приведшее на официальный сайт музея, где удалось выяснить:

1. На приёмной стороне 6 мультипликаторов могли поворачиваться влево или вправо, демонстрируя оператору, соответственно, чёрный или белый кружок. Передаваемая буква расшифровывалась согласно алфавиту Шиллинга.
2. Клавиатура, сильно смахивающая на фортепиано и состоящая из 12 клавиш, управляла направлением тока в 6 проводах, соединяющих приёмник и передатчик. Дополнительные 2 линии: «обратка» (нейтраль) и «зуммер» (звонок).
3. Прибор (без указаний источника) продемонстрирован изобретателем в собственной квартире, расположенной в городе Санкт-Петербурге.

• Аппарат является видоизменённой идеей Ампера, высказанной в 1820 году. Суть: если на мультипликаторы навесить буквы алфавита, удалось бы передавать информацию на расстояние.
• Импульсное реле в конструкции отсутствует. Информация из русскоязычного домена Википедии (по истории реле), выходит, неверна.
• Под реле в Википедии подразумевается звонок с часовым механизмом: мультипликатор толкал коромыслом груз, взводя механизм часов. С этой точки зрения магнит Стерждена допустимо назвать неплохим реле, способным поднять упавшее железо назад без помощи оператора. Прибор изобретён минимум на 5 лет раньше, а вес груза достигает тонны (это уже у Генри). С позиции Википедии каждый из сигнализирующих мультипликаторов считается самовозвратным поляризационным (зависящим от направления тока) реле.

Кстати, Араго видел, что железные опилки притягиваются проводом. Получается, определение, данное русскоязычным доменом, англичанами отвергнуто не понапрасну. Реле должно по управляющим сигналам замыкать или размыкать цепь. Причём кнопка звонка не является реле, как и клавиша рояля. Хотя приходится признать, что Шиллинг блестящий реализатор заимствованных идей и, возможно, автор первого в мире зуммера с дистанционным взводом часового механизма.

Использование магнитов

Вернёмся к Генри. Из его записок явствует, что для изоляции провода электромагнита жена пожертвовала ради науки белую шёлковую нижнюю юбку. Потрясающе – всему, что связно с электричеством, обычно благоприятствует прекрасный пол. В результате устройство на глазах студентов подняло вес 750 фунтов (более 300 кг). Телеграф учёного на приёмной стороне содержал магнит (youtube.com/watch?v=ru-daEOuUjs), бивший плечом по полой металлической поверхности в форме шляпки гриба.

Настоящий автор импульсного реле

Как это нередко бывает, расследование завело авторов в англоязычный домен, где на глаза попался занимательный скетч от Исторического подразделения Смитсоновского института.

Важно. Смитсоновский институт – группа учебных заведений, занимающихся научно-исследовательской деятельностью, имеющая в собственности комплекс музеев. Основан 10 августа 1846 года вскоре после изобретения импульсного реле.

На скринах с ресурса видно, что конструкция Джозефа Генри также не содержала реле. Остаётся претендент – Морзе! Изобрёл бинарную азбуку, долгое время использовавшуюся для переговоров, и понял, что от маломощного вольтового столба невозможно добиться приличного эффекта. Связь на дальние дистанции стала возможной исключительно благодаря тому, что телеграфный ключ управлял цепью не напрямую, а через усилительное реле.

Конструкция Джозефа Генри

Сэр Джозефа Генри в 1831 году сконструировал коромысельный двигатель (beam motor), использующий эффект замыкания и размыкания контактов для собственной работы. Это и есть первое в мире электромагнитное реле в полном смысле слова. Вот как работало незамысловатое устройство:

1. Коромысло из мягкой стали с примерно равными плечами перекинуто через ось.
2. Стальная скоба коромысла по краям имеет ярко выраженные изгибы книзу. Под каждым стоит стержень из железняка.
3. От коромысла по обе стороны протянуты крючья, загибающиеся вбок книзу, из жёсткой медной проволоки. Это контактные группы питания каждой катушки.
4. Под ними стоят два гальванических элемента из традиционных кружков цинка и меди.
5. Наклоном коромысла в одну сторону оператор замыкает питание катушки противоположной стороны. Так, что плечо начинает склоняться в противоположную сторону.
6. При этом контактная группа размыкается. Зато питание получает другая катушка и начинает выталкивать коромысло в начальную позицию.

Эти колебания происходят, пока элементы не исчерпают свой заряд. Так на свет появилось первое реле. Потом разработали источник питания помощнее, а за 1834 год Томас Дэвенпорт собрал более удачный двигатель постоянного тока.