История создания и развития реле
Автор: Александр Малащенко, к. т. н., доцент, 1-й зам. генерального директора ОАО НПК «Северная заря», зам. директора НИИ коммутационной техники по научной работе и маркетингу
В статье приводятся исторические моменты создания электромагнитной техники, первых реле и их краткая отечественная история развития. Основное внимание уделено наиболее массовым представителям – телеграфным, телефонным и специальным слаботочным электромагнитным реле.
Содержание:
Создание реле
Развитие релейной техники в России
Создание отрасли слаботочных реле
Введение
Необходимость в изобретении реле была обусловлена задачей усиления слабых электрических сигналов – импульсов тока, передаваемых по проводам в приемный электромагнит телеграфного аппарата (ТГА). Потребность в усилении тока могла возникнуть и гораздо раньше – в первых работах по созданию электросвязи, которые велись учеными еще в XVIII веке с момента открытия статического и гальванического электричества. Однако эти работы не могли иметь успеха, так как в то время не было создано надежного способа регистрации электрических сигналов. Возможность регистрации таких сигналов, их усиления, измерения и преобразования в магнитную или механическую энергию появилась лишь благодаря открытию электромагнетизма.
Опыты датского физика Х. Эрстеда, продемонстрировавшего в 1820 г., что электрический ток, пропущенный по проводу, отклоняет близлежащую магнитную стрелку компаса, побудил физиков в разных странах заняться поиском связи между электричеством и магнетизмом. Так, сразу же после публикации опытов Эрстеда, немецкий ученый Й. Швейггер предложил многовитковую катушку – «множитель» магнитного поля, который существенно увеличивал магнитную мощность электрической цепи. Множитель Швейггера, снабженный магнитной стрелкой, стал первым точным измерителем электричества – гальванометром. Развивая идею гальванометра для электросвязи, французский физик А. Ампер первым предложил в 1821 г. систему электромагнитного телеграфа, в которой каждая буква или цифра передавалась по отдельной электрической цепи и фиксировалась визуально по отклонению подвешенной магнитной стрелки. По существу каждая цепь стрелочного телеграфа Ампера представляла собой первое электрически управляемое по проводам электромеханическое устройство скачкообразного действия (УСД), выходом которого являлась магнитная стрелка, занимающая две позиции. В первой позиции, когда тока (сигнала) в обмотке нет, стрелка ориентирована согласно внешнему магнитному полю. Во вторую позицию магнитная стрелка переходит, резко поворачиваясь, под воздействием магнитного поля обмотки, образующегося при протекании по ней тока. После прекращения тока и исчезновения искусственного магнитного поля стрелка возвращалась в стабильное исходное состояние уже под воздействием системы возврата – внешнего магнитного поля земли и упругих сил подвеса! Таким образом, стрелочный телеграф Ампера представлял собой набор автоматических некоммутационных двухпозиционных одностабильных УСД. (Подробнее об УСД см. в этом номере в соответствующей статье А. Малащенко).
Практическое применение идея электросвязи Ампера получила и в России, где русский ученый академик П. Л. Шиллинг в 1832 г. построил и продемонстрировал в действии между Зимним дворцом и Министерством путей сообщения свой электромагнитный телеграф, для которого Шиллингом был придуман телеграфный код, требующий всего 6 магнитных стрелок. Эти стрелки для повышения чувствительности, а, следовательно, и для увеличения дальности связи располагались на шелковом подвесе внутри обмоток. ТГА Шиллинга настраивался таким образом, чтобы при отсутствии сигнала в обмотке закрепленный на подвесе тонкий бумажный диск находился к наблюдателю торцом, а при пропускании импульса тока той или иной полярности диск поворачивался к наблюдателю той или иной стороной, окрашенной в разный цвет.
Очевидно, что для увеличения дальности электромагнитной связи требовался значительно более мощный искусственный магнит, чем простая обмотка Швейггера. И уже в 1824 г. англичанин В. Старджен продемонстрировал такой магнит, введя в обмотку намагничивающийся сердечник. Электромагнит Старджена состоял из подковообразного железного сердечника, обернутого несколькими витками пока еще неизолированного провода. Когда ток проходил по обмотке и создавал магнитное поле, железный сердечник этим полем заметно намагничивался и размагничивался, когда ток в обмотке прекращался. С помощью электромагнита Старджена можно было притягивать к магнитным полюсам весьма массивные магнитовосприимчивые тела, т.е. преобразовывать электрическую энергию в полезную и управляемую механическую работу.
 Рис.1. Электромагнитный звуковой телеграф Генри |
В 1831 г. Генри построил весьма чувствительный приемный электромагнит, который притягивал легкий постоянный магнит при удалении источника тока от электромагнита более чем на милю. Кроме того, в этом опыте Генри показал, что подвижный магнит, в зависимости от полярности тока притягивался то к одному, то к другому полюсу подковообразного сердечника электромагнита. Размещая в конце пути перемещения подвижного магнита звуковой (металлический) колокол, Генри таким образом впервые продемонстрировал действие электрического звукового телеграфа (см. рис. 1).