Alternator wielkiej częstotliwości i dużej moc

Alexanderson Alternator

Alexanderson AlternatorAlternator Alexandersona to maszyna elektryczna prądu przemiennego wytwarzająca prąd o częstotliwości do 100 kHz. Używany w celach radiokomunikacyjnych do generowania fal w zakresie bardzo niskich częstotliwości VLF.

Zasada działania

Zasada działania alternatora Alexandersona jest związana ze zjawiskiem zmiany reluktancji i opiera się na zmianach strumienia magnetycznego sprzęgającego dwie cewki/uzwojenia. Okrągły stator alternatora zbudowany jest z dwóch zestawów uzwojeń w kształcie litery C. Pierwszy zestaw uzwojeń zasilany jest prądem stałym i wytwarza pole magnetyczne w szczelinach powietrznych statora, natomiast drugi zestaw uzwojeń generuje napięcie wielkiej częstotliwości. Rotor tworzy żelazny dysk z rozmieszczonymi na swoim obwodzie otworami lub szczelinami wypełnionymi materiałem niemagnetycznym eliminując tym samym opory powietrza. Rotor nie posiada uzwojeń ani elektrycznych połączeń.

Podczas obracania rotora, jego metalowe i niemagnetyczne elementy pojawiają się w szczelinie powietrznej statora naprzemiennie. Kiedy w szczelinie znajdzie się metalowa część dysku, pozwala to na przepływ przez szczelinę silnego strumienia magnetycznego. Kiedy natomiast znajdzie się tam materiał niemagnetyczny, przechodzi przez nią mniejszy strumień magnetyczny. Zmiany strumienia magnetycznego indukują napięcie w drugim zespole uzwojeń statora.

Obwody wielkiej częstotliwości są połączone za pomocą transformatora, który sprzęga je z obwodami antenowymi. Modulacja i kluczowanie napięcia w.cz. są realizowane za pośrednictwem wzmacniacza magnetycznego, który może być również stosowany do modulacji amplitudy i transmisji głosu.

Częstotliwość napięcia wielkiej częstotliwości generowanego przez alternator Alexandersona, zależy od liczby uzwojeń i prędkości obrotowej.

Duży alternator Alexandersona, chłodzony wodą bądź olejem, może produkować napięcie w.cz. o mocy do 200 kW. Podobna, istniejąca maszyna miała 600 par uzwojeń statora, a rotor obracał się z prędkością 2170 obrotów na minutę. Osiągała ona częstotliwość bliską 21.7 kHz. Aby uzyskać wyższe częstotliwości, wymagane są większe prędkości rotora dochodzące do 20 000 obrotów na minutę. Do stabilizacji częstotliwości nadawanego sygnału i kompensacji mocy przy nadawaniu stosowany jest regulator sprzężony z wałem rotora.

W odróżnieniu od nadajników iskrowych czy nadajników łukowych Poulsena, alternator Alexandersona wytwarza ciągłą falę o wyższej jakości. Energia wytwarzana przez alternator jest koncentrowana na jednej częstotliwości, poprawiając wydajność transmisji.

Wady urządzenia

Z powodu wyjątkowo wysokich obrotów (prędkości liniowe na obwodzie rotora przekraczają 150 m/s) alternator Alexandersona wymaga ciągłej obsługi przez wysoko kwalifikowany personel. Zasadnicze dla niezawodności urządzenia jest wydajne smarowanie oraz chłodzenie wodne lub olejowe – trudne do osiągnięcia w czasach używania alternatora. Zmiana częstotliwości jest długim i skomplikowanym procesem, który wymaga ingerencji w układy automatyki i zabezpieczeń. Dodatkowo, inaczej niż w nadajnikach iskrowych, sygnału nośnego nie można włączać i wyłączać do woli.

Ze względu na zależność częstotliwości od ilości statorów i prędkości obrotowej, alternator Alexandersona nadaje się do pracy na falach długich i niższych częstotliwościach fal średnich, natomiast częstotliwości fal krótkich i wyższe są fizycznie niemożliwe do osiągnięcia.

 

Close
Menu