محول القوس

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
جهاز إرسال قوس بولسن بقدرة 1 ميغاواط استخدمته البحرية الأمريكية حوالي عام 1918 في محطات الراديو الساحلية للتواصل مع أسطولها في جميع أنحاء العالم، وهو أحد أكبر أجهزة إرسال القوس التي تم بناؤها على الإطلاق.

محول القوس الكهربائي ، الذي يُسمى أحيانًا مُرسِل القوس الكهربائي ، أو قوس بولسن نسبةً إلى المهندس الدنماركي فالديمار بولسن الذي اخترعه عام 1903، [ 1 ] [ 2 ] هو نوع من مُرسِلات الشرارة استُخدم في بدايات التلغراف اللاسلكي . يستخدم محول القوس الكهربائي قوسًا كهربائيًا لتحويل التيار الكهربائي المباشر إلى تيار متردد بترددات الراديو . استُخدم كمرسل لاسلكي من عام 1903 حتى عشرينيات القرن العشرين، حين استُبدل بمرسلات الصمامات المفرغة . يُعدّ من أوائل المُرسِلات القادرة على توليد موجات جيبية مستمرة ، وكان من أوائل التقنيات المُستخدمة لنقل الصوت ( تعديل السعة ) عبر الراديو. وهو مُدرج ضمن قائمة إنجازات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) التاريخية في الهندسة الكهربائية . [ 3 ]

تاريخ

أول محول قوس كهربائي من صنع بولسن، من عام 1903

في عام ١٨٩٢، قدّم إيليهو طومسون طلب براءة اختراع لتوليد تيار عالي التردد يصل إلى ٥٠ كيلوهرتز من التيار المستمر باستخدام قوس كهربائي . وفي عام ١٩٠٠، برهن ويليام دوديل على "القوس المُغنّي" بتوصيل دائرة رنانة مضبوطة عبر القوس. ونجح فالديمار بولسن في رفع الكفاءة بجعل القوس يحترق في بخار الهيدروجين بدلًا من الهواء، وحقق ترددات تصل إلى ١٥٠ كيلوهرتز. [ ٤ ] [ ٥ ] [ ٦ ] [ ٧ ]

بحلول عام ١٩٠٣، طوّر بولسن وبيدر أولوف بيدرسن نظام راديو فعالًا يعمل بموجات مستمرة للاتصالات الهاتفية والتلغرافية. شُكِّل اتحاد في كوبنهاغن، وفي عام ١٩٠٦ أُنشئت محطة في لينغبي . في العام نفسه، استحوذت شركة أمالغاميتد راديو تلغراف على حقوق براءة الاختراع، وأُنشئت محطة في كولركوتس . في عام ١٩٠٧، استحوذت شركة سي. لورنز إيه جي على الحقوق ، وأنشأت محطة في فايسنزي (برلين) . بحلول عام ١٩٠٨، كانت هذه المحطة تبث الكلام والموسيقى مع لينغبي. في عام ١٩٠٩، أسس سيريل فرانك إلويل شركة بولسن للاتصالات اللاسلكية والتلغراف، وبحلول عام ١٩١٠، كانت محطات في سكرامنتو وستوكتون ، كاليفورنيا، متصلة. ثم أُنشئ مصنع في بالو ألتو ، وفي عام ١٩١٣، طلبت البحرية الأمريكية جهازًا بقدرة ١٠٠ كيلوواط . في عام 1911، تولى بيتش تومسون إدارة الشركة وأعاد تسميتها إلى شركة التلغراف الفيدرالية ، وأصبحت أجهزة الإرسال تُعرف باسم الأقواس الفيدرالية. وبحلول عام 1912، أنشأت الشركة ثلاثة عشر محطة على الساحل الغربي، بالإضافة إلى شيكاغو ومدينة كانساس وفورت وورث، مع محطة تقوية في فينيكس. [ 7 ] : 120-132

في عام 1922، ذكر مكتب المعايير أن "القوس الكهربائي هو أكثر أجهزة الإرسال استخدامًا على نطاق واسع للعمل عالي الطاقة لمسافات طويلة. وتشير التقديرات إلى أن القوس الكهربائي مسؤول الآن عن 80% من إجمالي الطاقة المشعة فعليًا في الفضاء لأغراض الراديو خلال فترة زمنية محددة، مما يستبعد محطات الهواة من الحساب." [ 8 ]

وصف

طُوِّرت هذه الطريقة الجديدة والمتطورة لتوليد إشارات الراديو ذات الموجة المستمرة في البداية على يد المخترع الدنماركي فالديمار بولسن . كانت أجهزة الإرسال ذات الفجوة الشرارية المستخدمة آنذاك تُنتج موجات مُخمَّدة، مما كان يُهدر جزءًا كبيرًا من طاقتها المُشعَّة في إرسال توافقيات قوية على ترددات متعددة، الأمر الذي كان يُؤدي إلى تداخل في طيف الترددات الراديوية. أما مُحوِّل القوس الكهربائي الذي ابتكره بولسن، فقد أنتج موجات غير مُخمَّدة أو موجات مستمرة على تردد واحد.

يوجد ثلاثة أنواع من مذبذب القوس: [ 9 ]

قوس دوديل (وأنواع أخرى مبكرة)
في النوع الأول من مذبذبات القوس الكهربائي، يكون التيار المتردد في المكثف (i₀ ) أصغر بكثير من تيار التغذية المستمر (i₁ ) ، ولا ينطفئ القوس الكهربائي أبدًا خلال دورة الخرج. يُعد قوس دوديل مثالًا على هذا النوع، إلا أنه غير عملي لأجهزة إرسال الترددات الراديوية.
قوس بولسن
في النوع الثاني من مذبذبات القوس الكهربائي، يكون تيار التفريغ المتردد للمكثف كافيًا لإخماد القوس، ولكنه ليس كافيًا لإعادة إشعاله في الاتجاه المعاكس. يُعرف هذا النوع الثاني بقوس بولسن.
فجوة شرارة مطفأة
في النوع الثالث من مذبذبات القوس الكهربائي، ينطفئ القوس ولكنه قد يشتعل مجدداً عند انعكاس تيار المكثف. وتتمثل الحالة الثالثة في فجوة شرارة مطفأة، مما ينتج عنه تذبذبات متضائلة.

كانت الموجات المستمرة أو "غير المخمدة" (CW) سمة مهمة، حيث أن استخدام الموجات المخمدة من أجهزة الإرسال ذات الفجوة الشرارية أدى إلى انخفاض كفاءة جهاز الإرسال وفعالية الاتصالات، مع تلويث طيف الترددات الراديوية بالتداخل.

دائرة محول القوس الأساسي، من ورقة بولسن لعام 1904 (تمت إضافة التسميات).

كان محول القوس الكهربائي من نوع بولسن مزودًا بدائرة رنانة موصولة عبر القوس. ويتكون هذا المحول من حجرة يحترق فيها القوس بغاز الهيدروجين بين مهبط كربوني ومصعد نحاسي مبرد بالماء . وفوق هذه الحجرة وتحتها، يوجد ملفان مغناطيسيان متصلان على التوالي ، يحيطان بقطبي الدائرة المغناطيسية ويغذيانهما. ويمتد هذان القطبان داخل الحجرة، أحدهما على كل جانب من القوس، لتوفير مجال مغناطيسي .

كانت أكثر نجاحًا عند تشغيلها في نطاق تردد يتراوح بين بضعة كيلوهرتز وبضعة عشرات من الكيلوهرتز. وكان لا بد من ضبط الهوائي بدقة كافية لكبح التوافقيات الصادرة عن محول القوس .

إدخال المفاتيح

نظرًا لأن القوس الكهربائي يستغرق بعض الوقت للاشتعال والعمل بثبات، لم يكن بالإمكان استخدام مفتاح التشغيل/الإيقاف التقليدي. وبدلًا من ذلك، تم استخدام نوع من مفاتيح إزاحة التردد . [ 10 ] في طريقة موجة التعويض هذه ، يعمل القوس الكهربائي باستمرار، ويقوم المفتاح بتغيير تردد القوس بنسبة تتراوح بين واحد وخمسة بالمائة. تُسمى الإشارة عند التردد غير المرغوب فيه موجة التعويض . في أجهزة إرسال القوس الكهربائي التي تصل قدرتها إلى 70  كيلوواط، يقوم المفتاح عادةً بتقصير بضع لفات في ملف الهوائي. [ 11 ] بالنسبة للأقواس الأكبر حجمًا، يتم توصيل خرج القوس الكهربائي بمحث الهوائي عبر محول، ويقوم المفتاح بتقصير بضع لفات سفلية من الملف الثانوي المؤرض. [ 12 ] لذلك، يتم إرسال "العلامة" (المفتاح مغلق) بتردد معين، و"المسافة" (المفتاح مفتوح) بتردد آخر. إذا كانت هذه الترددات متباعدة بما يكفي، وكان لجهاز الاستقبال في المحطة انتقائية كافية ، فإن المحطة ستسمع إشارة CW القياسية عند ضبطها على تردد "العلامة".

استهلكت طريقة الموجة التعويضية نطاقًا تردديًا واسعًا. لم تقتصر على الإرسال على الترددين المقصودين فحسب، بل شملت أيضًا التوافقيات الناتجة عنهما. تتميز محولات القوس الكهربائي بوفرة التوافقيات. في حوالي عام ١٩٢١، حظر المؤتمر الدولي التمهيدي للاتصالات [ ١٣ ] طريقة الموجة التعويضية نظرًا لتسببها في تداخل كبير. [ ٤ ]

أدى تطوير طرق الموجة الأحادية إلى الاستغناء عن الحاجة إلى إرسال إشارات بترددين مختلفين . [ 14 ] في إحدى طرق الموجة الأحادية، المسماة طريقة الإشعال ، يُستخدم مفتاح لبدء وإيقاف القوس الكهربائي. تحتوي حجرة القوس على قضيب إشعال يقوم بتوصيل قطبي الكهرباء عبر مقاوم، مما يؤدي إلى إطفاء القوس. يقوم المفتاح بتنشيط مغناطيس كهربائي يحرك قضيب الإشعال ويعيد إشعال القوس. لكي تعمل هذه الطريقة، يجب أن تكون حجرة القوس ساخنة. كانت هذه الطريقة مناسبة لمحولات القوس الكهربائي التي تصل قدرتها إلى حوالي 5  كيلوواط.

الطريقة الثانية أحادية الموجة هي طريقة الامتصاص ، وتتضمن دائرتين مضبوطتين ومفتاحًا أحادي القطب مزدوج الرمية يعمل بنظام التوصيل قبل الفصل. عند الضغط على المفتاح، يتصل القوس الكهربائي بملف الهوائي المضبوط والهوائي نفسه. وعند رفع المفتاح، يتصل القوس الكهربائي بهوائي وهمي مضبوط يُسمى المحول الخلفي . يتكون المحول الخلفي من دائرة مضبوطة ثانية تتألف من محث ومكثف ومقاومة حمل موصولة على التوالي. [ 15 ] [ 16 ] تُضبط هذه الدائرة الثانية على تردد قريب من تردد الإرسال؛ فهي تُبقي القوس الكهربائي مشتعلًا، وتمتص طاقة جهاز الإرسال. يُنسب ابتكار طريقة الامتصاص إلى دبليو إيه إيتون. [ 4 ]

يُعد تصميم دائرة التبديل لطريقة الامتصاص ذا أهمية بالغة. فهي تقوم بتبديل قوس كهربائي عالي الجهد، لذا يجب أن تحتوي نقاط تلامس المفتاح على شكل من أشكال كبح القوس. كان لدى إيتون مفاتيح التلغراف التي تُشغل مغناطيسات كهربائية تُشغل بدورها مرحلًا. استخدم هذا المرحل أربع مجموعات من نقاط تلامس المفتاح موصولة على التوالي لكل مسار من المسارين (أحدهما إلى الهوائي والآخر إلى المحول الخلفي). تم توصيل كل نقطة تلامس في المرحل بمقاومة. ونتيجة لذلك، لم يكن المفتاح مفتوحًا تمامًا أبدًا، ولكن كان هناك قدر كبير من التوهين. [ 17 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ US 789449 ، بولسن، فالديمار ، "طريقة لإنتاج تيارات متناوبة بعدد كبير من الاهتزازات"، نُشر في 10 يونيو 1903، وصدر في 9 مايو 1905 
  2. ↑ بولسن، فالديمار (12 سبتمبر 1904). "نظام لإنتاج تذبذبات كهربائية مستمرة" . وقائع المؤتمر الدولي للكهرباء، سانت لويس، 1904، المجلد  2. شركة جيه آر ليون ، الصفحات 963-971 . تاريخ الاطلاع: 22 سبتمبر 2013 . 
  3. ↑ "معالم بارزة: جهاز إرسال راديو بولسن-آرك، 1902" . شبكة التاريخ العالمي التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات. معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يوليو 2011 .
  4. 1 2 3 ليتل 1921 ، ص 125 
  5. ↑ مكتب المعايير 1922 ، ص 404 
  6. ↑ ماكنيكول، دونالد (1946). غزو الراديو للفضاء: الصعود التجريبي في الاتصالات اللاسلكية . نيويورك: دار موراي هيل للنشر، ص 70-72 . 
  7. 1 2 أيتكن، هيو (1985). الموجة المستمرة: التكنولوجيا والإذاعة الأمريكية، 1900-1932 . برينستون: مطبعة جامعة برينستون. ص 52-53، 112-117. ISBN  0691023905.
  8. ↑ مكتب المعايير 1922 ، ص 400 
  9. ↑ مكتب المعايير 1922 ، الصفحات 404-405 
  10. ↑ مكتب المعايير 1922 ، الصفحات 415-416 
  11. ↑ مكتب المعايير 1922 ، الشكل 228. ستكون دائرة الرنين المتسلسلة عبارة عن ملف الهوائي الموصول على التوالي مع الهوائي.
  12. ↑ مكتب المعايير 1922 ، الشكل 229
  13. ↑ ربما يكون المؤتمر الدولي التمهيدي للاتصالات الكهربائية، 1920؛ انظر https://www.archives.gov/research/guide-fed-records/groups/043.html في 43.2.11
  14. ↑ مكتب المعايير 1922 ، الصفحات 416-419 
  15. ↑ مكتب المعايير 1922 ، الشكل 229-أ
  16. ↑ إيتون 1921
  17. ↑ إيتون 1921 ، ص 115 

للمزيد من القراءة

  • إلويل، سي إف (1923)، "مولد قوس بولسن"، مجلة نيتشر ، 112 (2824)، لندن: إرنست بن المحدودة: 860، رمز Bibcode : 1923Natur.112R.860 ، doi : 10.1038/112860b0 ، S2CID 4124106 
  • هاويث، لينوود س. (1963)، تاريخ الاتصالات والإلكترونيات في البحرية الأمريكية ، مكتب الطباعة الحكومي الأمريكي
  • موركروفت، جيه إتش؛ بينتو، أ.؛ كاري، دبليو إيه (1921)، مبادئ الاتصالات اللاسلكية ، نيويورك: جون وايلي وأولاده.
  • مورس، أ.هـ. (1925)، الراديو: الإرسال والبث ، لندن: إرنست بن المحدودةتاريخ الراديو في عام 1925. الصفحة 25: "تقدم البروفيسور إيليهو طومسون، من أمريكا، بطلب للحصول على براءة اختراع لطريقة القوس الكهربائي لإنتاج تيارات عالية التردد. تضمن اختراعه نفخًا مغناطيسيًا وميزات أساسية أخرى للقوس الكهربائي المستخدم اليوم، ولكن الأقطاب الكهربائية كانت مصنوعة من المعدن ولم تكن محصورة في غرفة غاز." يشير إلى براءة الاختراع الأمريكية رقم 500630، الصفحات 30-31 (1900): "تقدم ويليام دو بويز دوديل، من لندن، بطلب للحصول على براءة اختراع لطريقة ثابتة لتوليد تيارات متناوبة من مصدر تيار مستمر، وهي طريقة مشابهة جدًا لطريقة إيليهو طومسون لعام 1892. اقترح دوديل استخدام أقطاب كهربائية من الكربون، لكنه لم يقترح أي تفريغ مغناطيسي. وذكر أن اختراعه يمكن استخدامه لإنتاج تذبذبات عالية التردد وثابتة السعة، والتي يمكن "استخدامها بكفاءة في التلغراف اللاسلكي"، خاصةً عندما "يلزم ضبط جهاز الإرسال على التزامن". أصبح اختراع دوديل (براءة الاختراع البريطانية رقم 21629/00) أساسًا لقوس بولسن، وكذلك لجهاز إرسال مثير للاهتمام طوره فون ليبيل." الصفحة 31 (1903): "نجح فالديمار بولسن، من كوبنهاغن، في الحصول على براءة اختراع لمولد كهربائي، كما كشف عنه دوديل عام 1900، بالإضافة إلى آلية إخماد مغناطيسي اقترحها طومسون عام 1892، وبخار هيدروجيني لغمر القوس الكهربائي فيه. (براءة اختراع بريطانية رقم 15,599/03؛ براءة اختراع أمريكية رقم 789,449)." انظر أيضًا الفصل الرابع، الصفحات 75-77، "قوس بولسن". تنقيحات بقلم سي إف إلويل.
  • بيدرسن، PO (أغسطس 1917)، "حول قوس بولسن ونظريته" ، وقائع معهد مهندسي الراديو ، 5 (4): 255-319 ، لا توجد في الوقت الحاضر نظرية مرضية حقًا لعمل قوس بولسن، والنظرية المرضية هي تلك التي ستمكن من حساب النتائج، مع توفير البيانات اللازمة.
  • سيريل فرانك إلويل - رائد الاتصالات اللاسلكية الأمريكية والأوروبية، والأفلام الناطقة، ومؤسس شركة سي إف إلويل المحدودة، 1922-1925، بقلم إيان إل. ساندرز. منشورات كاسل ريدج، 2013. (يتناول الكتاب بالتفصيل تطوير مولد القوس الكهربائي في الولايات المتحدة وأوروبا على يد إلويل).