УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОКРАТНОГО ТЕЛЕГРАФИРОВАНИЯ Советский патент 1930 года по МПК H04L5/06 

Предлагаемое изобретение касается устройства для многократного телеграфирования, в котором для восприятия токов, мало отличающихся по частоте и текущих в различных электрических цепях, применены два динамометрических реле, при чем разность частот упомянутых токов устанавливается в заранее предусмотренных пределах. Названное устройство имеет в виду одновременную посылку или приемку большого числа телеграмм, благодаря наличию нескольких систем витков, совместно действующих с отмечающим прибором, который только тогда приводится в движение, когда в системах витков появляются токи с разностью частот, лежащей в определенных границах.

На чертеже фиг. 1 изображает принципиальную схему применяемого в устройстве реле; фиг. 2 - диаграмму максимальных амплитуд; фиг. 3 - схему включения реле; фиг. 4 - диаграмму моментов кручения; фиг. 5 - схему передаточного включения; фиг. 6 - схему приемника для беспроволочной многократной телеграфии; фиг. 7 - схему передаточной станции; фиг. 8 - схему приемника для многократного телеграфирования с проводами; фиг. 9 - другую формул реле в разрезе по линии 1-1 на фиг. 10; фиг. 10 - частичный продольный разрез; фиг. 11 - боковой вид ярма этого реле; фиг. 12 - дальнейшее видоизменение реле; фиг. 13 - схему включения электронных трубок: фиг. 14 и 15 - векторные диаграммы к схеме по фиг. 13; фиг. 16 - схему включения контрольного реле на отправительной станции.

Реле R (фиг. 1) состоит из подковообразного сердечника 1 и якоря 2, выполненного, как и сердечник, из мягкого железа; последний охватывается полюсными башмаками 3 сердечника 1, на котором находится катушка S₁; в междужелезном пространстве 4 имеется подвижная катушка S₂, вращающаяся на остриях 5, центрально расположенных по отношению к якорю 2. Катушка S₂ задерживается в своем среднем положении, изображенном на фиг. 1, спиральной пружиной 7 и имеет контактную часть Т, которая, поворачиваясь вместе с катушкой, отмечает таким образом движение последней и одновременно при помощи контактов К замыкает местную цепь тока 15. Обмотка S₁ питается от источника переменного тока 11 в цепи 10, а обмотка S₂ - от источника переменного тока 13 в цепи 12. Контактная часть Т и контакты K включены в цепи тока 15 с источником тока 16 и с указывающим прохождение тока прибором 17. Если при прохождении переменного тока через обмотки S₁ и S₂ электродинамическое переменное действие их друг на друга вызывает момент кручения достаточно большой и достаточно продолжительный, то обмотка S₂ повернется в междужелезном пространстве 4, благодаря чему часть Т соприкоснется с одним из контактов К и замкнет цепь тока 15, привода в действие прибор 17. Как будет видно ниже, получение контактов при помощи части Т происходит только тогда, когда в обмотках S₁ и S₂ возникают токи или с одинаковым числом периодов, или с числом периодов, разность которых имеет незначительную, заранее предусмотренную величину.

Рассмотрим следующий общий случай. Допустим, что на движущуюся систему S₂ вместе с контактной частью Т действует момент кручения, изменяющийся во времени по закону синуса.

Пусть а обозначает мгновенный угол поворота контактной части Т, а а_max - максимальный угол поворота той же части. Т, а_к - угол поворота, при котором часть Т соприкасается с контактом К, D - мгновенное значение момента кручения, D_max - максимальное значение момента кручения, k - постоянную спиральной пружины, k₁ - постоянную успокоения, М - момент инерции подвижной системы S₂

Момент кручения, вызывающий поворот системы S₂, равен, согласно вышеуказанному допущению:

где 2 πf обозначает угловую скорость вращения вектора момента в векторной диаграмме, а f - число периодов изменяющегося во времени момента кручения. Для движения системы S₂ действительно дифференциальное уравнение:

Решение уравнения 2 для установившегося режима дает колебательное движение с угловой скоростью, изменяющейся по закону косинуса - поэтому можно написать:

где a_max - амплитуда колебательного движения системы S₂ и - сдвиг фазы между движением части Т и изменениями момента кручения. Подставив уравнение 3 в уравнение 2, после ряда промежуточных вычислений, получаем выражение для a_max:

На фиг. 2 нанесены амплитуды движения части Т, в функции частоты f момента кручения. Кривая была получена с помощью уравнения 4 для ряда заданных числовых значений частоты f и подтверждена опытами, произведенными изобретателем. Как видно из кривой, значение a_max очень быстро уменьшается с увеличением частоты, поэтому можно отыскать такое значение частоты f=Z, выше которой образования контакта не происходит, так как при f>Z амплитуда a_max меньше; чем расстояние а_к (ф. 2) контактов К от среднего положения контактной части Т. Эта критическая частота Z обусловливается расстоянием между контактами и зависит согласно уравнению 4 от величин М, k и k₁, т.-е. от конструктивных величин, которые можно заранее выбрать.

Если обмотку S₁ питать током определенной частоты, а через обмотку S₂ пропускать размыкающие цепь 15 токи равной частоты, то реле R будет реагировать только тогда, когда один из токов в размыкающей цепи и ток в катушке S₁ совпадают по фазе и обладают одинаковой частотой или когда частота их различна лишь в известной, заранее определенной, границе.

Действительно, если Nf обозначает частоту размыкающего тока в цепи 12, Nk - частоту тока, питающего обмотку S₁, то тогда для токов справедливо следующее:

следовательно для момента крученая имеем:

Далее, по известной тригонометрической формуле:

Момент кручения состоит из двух слагаемых с разными частотами, а именно:

Таким образом, мы пришли к ранее упомянутому случаю, если считать, что

N_k+N_f>Z, а N_k-N_f<Z.

Как видно из фиг. 2, второй составляющей D₁ момента, как не дающей достаточного для образования контакта отклонения, можно пренебречь и рассматривать только уравнение 8, т.- е. составляющую момента с частотою N_k-N_f<Z, ведущею к получению контакта.

Для случая N_f=N_к из уравнения 8 при сдвиге фаз, равном φ, получается между размыкающим током и питающим током постоянный момент кручения

I

В этом случае момент D кручения зависит от сдвига фаз между токами принимаемым и питающим. Если D₀ (фиг. 4) есть та величина момента кручения, которая необходима, чтобы привести в соприкосновение часть Т с контактом К, то в тех случаях, когда момент кручения меньше чем D₀, контакта не происходит. На фиг. 4 изображена диаграмма зависимости, составляющей D_I | от угла φ, где прямая D₀ соответствует тому моменту кручения, который требуется, чтобы привести в соприкосновение часть Т с одним из контактов. Участки кривой D вычерченные сплошной, линией, показывают, в каких случаях может быть образование контакта.

Как видно из вышеизложенного, простое реле R (фиг. 1) не давало бы контакта при любом угле φ фазы. Однако, при установке двух или нескольких реле, соединенных вместе, достигается то, что соответствующий момент кручения независимо от величины фазы между размыкающим и питающим токами создает достаточно длительное замыкание местной цепи тока 15, если в обмотках S₁ и S₂ текут токи соответствующей частоты.

R₁ и R₂ (фиг. В) представляют два реле, у которых возбудительные обмотки S₁, S₂ включены в цепи тока 20 и 21 параллельно с питающим их генератором 23. В цепи тока 21 помещено приспособление для достижения сдвига фаз между током, текущим в цепи 21, и током, идущим в цепи 20; этот сдвиг фаз может быть достигнут, например, посредством включенной реактивной катушки 25. С обеих сторон контактных частей Т₁ и Т₂ расположены контакты К₁ и К₂, которые соединены в общую с индуктором 17 цепь 15, питаемую от источника тока 16. Контакты K₁ и К₂ включены таким образом, что при повороте одной из частей Т₁ и Т₂ в любую сторону замыкается цепь тока 15. Другие обмотки S₂, S₂ обоих реле R₁ и R₂ включены последовательно в цепь принимаемого тока 12, питаемую через схематически изображенный трансформатор 13.

Через обе неподвижные катушки S₁, S₁ протекают возбуждающие их токи. i_I и i_II, которые сдвинуты в фазе приблизительно на 90°, но имеют одинаковую частоту. Поэтому из уравнения 8, если в реле R₁ момент кручения равен D_I=CI₁ I_f Cos φ, то тогда другое реле R₂ обладает моментом, равным D_II=C_II I_f Cin φ. Из диаграммы фиг. 4 видно, что в этом случае при любом угле фаз получается, момент кручения, который всегда больше, чем D₀ а следовательно, легко достигается замыкание тока в местной цепи 15, так как, по крайней мере, хотя бы один из четырех параллельно включенных контактов K₁ и К₂ будет находиться в соприкосновении с одной из частей Т₁, Т₂. При установке трех реле, у которых питающие токи сдвинуты в фазе на 120° и при шести контактах К, достигается аналогичный результат.

Когда N_f-N_к станет меньше чем Z, эта установка функционирует надежно. Если представить, что обе частоты почти равны между собой и что угол сдвига фаз изменяется вместе с частотой N_f-N_к, то и тогда диаграмма фиг. 4 для моментов кручения D_I и D_II будет действительна, так как изменение моментов происходит с очень малой частотой N_f-N_к. Движение обеих контактных частей следует той же самой частоте N_f-N_к, как и колебание моментов кручения. В этом случае, как видно из фиг. 2, a_max>а_к, так что в продолжение полного колебания каждый язычок Т дает два раза контакт. Колебания обеих подвижных систем так же, как и моменты включения, сдвинуты в фазе на 90°, поэтому фиг. 4 может служить диаграммою движения язычков. На оси ординат будут тогда a_I и a_II - мгновенные углы поворота; на оси же абсцисс откладывается время t; горизонтальные линии соответствуют тогда углу а_к, отвечающему начальному и конечному времени t, при котором достигаются контакты.

Как видно из диаграммы, еще до того, как размыкается один контакт, другой уже будет замкнут; таким образом, во все время действия принимаемого с дальнего расстояния тока, по крайней мере, один из четырех контактов К₁ и К₂, будет замкнут.

Реле реагирует только в узкой области изменения частоты тока, на которую оно было, установлено; поэтому к атмосферным или другим внешним влияниям оно почти нечувствительно.

Фиг. 5 представляет схему включения передающей станции для беспроволочной многократной телеграфии согласно изобретению. Отдельные токи низкой и различной частоты подводятся через трансформатор 30 к модулирующей трубке 32. Посредством посылочных ключей 33 могут быть переданы отдельными токами телеграфные знаки. Телеграфные токи с одной стороны усиливаются в модуляторной трубке 32, а с другой стороны они здесь же все суммируются; этим суммарным током и модулируется ток, образованный в посылочной трубке 35. Модулированный ток высокой частоты излучается антенной 36.

На фиг. 6 представлен схематически соответственный приемник для многократной беспроволочной телеграфии. Модулированная волна высокой частоты принимается приемником любого рода и выпрямляется; таким образом, в собственно приемник по фиг. 6 попадают только совпадающие телеграфные токи. Они усиливаются в усиливающей трубке 40, так что эта трубка служит источником тока 13 по фиг. 1, 3 для размыкающей цели тока 12. В эту цепь включены последовательно обмотки S₂ всех реле R₁ R₂, при чем каждые два реле R₁ и R₂ работают совместно и реагируют на определенную частоту тока. Расположение всех пар реле R₁, R₂ отвечает представленному на фиг. 3 примеру. Местная цепь тока 15, в которую включены контакты К, содержит источник постоянного тока, напр., аккумулятор 41 и аппарат, регистрирующий телеграфные знаки, напр., аппарат Морзе 42. Смотря по числу посланных телеграфных токов, применено столько же пар реле, так что каждая пара реле реагирует на определенную частоту, т.-е. на определенный телеграфный ток и замыкает свою местную цепь тока. Таким образом, посредством нескольких пар реле возможно разделить и принять отдельные телеграфные знаки, отвечающие токам различной частоты, которые попадают в усилитель 40 низкой частоты.

Фиг. 7 представляет схему передающей станции для многократной телеграфии с проводами. Здесь источники для телеграфных токов различной частоты изображены в виде трансформаторов 45, Телеграфные ключи 46 служат для передачи знаков телеграфными токами. В катодной трубке 48 сложившиеся телеграфные токи усиливаются и через трансформатор 50 посылаются в провода 51, идущие к приемной станции. Последняя схематически изображена на фиг. 8. где приемный трансформатор 52 служит источником тока для размыкающей цепи 12, в которую включены отдельные пары реле R₁ и R₂, разделяющие принимаемые токи друг от друга и дающие возможность одновременной приемки отдельных телеграмм в приемных аппаратах 42.

Далее, согласно изобретению, реле, изображенное на фиг. 1, может быть выполнено и так, что оно будет работать по принципу Феррариса. В этом случае реле R (фиг. 9-10) имеет две неподвижные обмотки S₁ и S₂, которые возбуждают две системы магнитов, приводящих в движенце якорь с контактною частью Т. Обмотка S₁ сидит на железном сердечнике 80, а обмотка S₂ - на сердечнике 61. Магнитные потоки сердечников замыкаются через два ярма 62 и 63, которые повернуты одно относительно другого на 90° и имеют форму буквы Н. U- образные полюсные сердечники 60 и 61 также расположены под углом 90°, так что обе магнитных цепи являются независимыми друг от друга. Соединение магнитных систем производится при помощи немагнитного материала, например, посредством оси 65.

В междужелезном пространстве обеих магнитных систем находится якорь 66, представляющий собой алюминиевый барабан, который укреплен подвижно и центрально на оси 65 и который несет контактную часть Т. Якорь 66 удерживается в среднем положении посредством нескольких спиральных пружин 67; при этом положении якоря контактная часть Т устанавливается посредине между контактами К.

Чтобы привести реле в действие, одна обмотка его S₁, как и в реле по фиг. 1, все время питается током такой частоты, при которой реле должно реагировать, вторая же неподвижная обмотка S₂ обтекается размыкающим током.

Если размыкающий ток или его составляющие обладают той же самой частотой, с которой питается и обмотка S₁, но не совпадают по фазе с током последней, то создается, как известно, вращающееся магнитное поле с постоянной угловой скоростью. Это вращающееся поле, на основании принципа Феррариса, создает в якоре 66 момент кручения, так что контактная часть Т приходит в соприкосновение с одним из контактов К.

В том же случае, если текущие в обмотках S₁ и S₂ токи обладают частотами, которые сильно отличаются друг от друга, то тогда вращающееся поле изменяет направление вращения, а в силу этого и момент кручения якоря изменит свой знак благодаря указанной разности в числе периодов. При этом, как описано выше, при достаточной величине разности числа периодов, подвижная система совершает повороты, которые будут меньше, чем расстояние контактов до среднего положения и поэтому реле не реагирует должным образом.

Независимость действия описанного реле от сдвига фаз между токами, идущими в обмотках S₁ и S₂, достигается так же, как указано выше, посредством параллельного включения двух таких реле, при чем обмотки S₁ будут питаться токами одинаковой частоты, но с очень большим сдвигом фаз между собой; поэтому, как это реле, так и реле по фиг. 1 с подвижной обмоткой S₂ совершенно одинаковы по роду своего действия.

Для успокоения движения якоря 66 служит постоянное магнитное поде, которое создается посредством третьей обмотки 68, сидящей на одном из железных сердечников и питаемой постоянным током.

На фиг. 12 изображено дальнейшее видоизменение фреквентно-селективного реле R по фиг. 1, в котором, кроме обмоток S₁ и S₂, имеется еще неподвижная обмотка S₃, действующая таким образом, что она компенсирует магнитное поле поворотной катушки S₂. Компенсационная обмотка S₃ включена последовательно с вращающейся катушкой S₂ и имеет равное с ней число витков, но обратное направление обмотки, так что электродвижущие силы, индуктированные полем неподвижной обмотки S₁, уравновешиваются. Благодаря тому, что поле поворотной катушки S₂ компенсируется посредством обмотки S₃, то тем самым уничтожается и реактивное действие вращающейся катушки S₂ на неподвижную обмотку S₁. Компенсационная обмотка S₃ может помещаться во впадинах 70 неподвижного якоря 2, выполненного из мягкого железа.

Для создания токов одинаковой частоты, но очень сильно сдвинутых в фазе, необходимых для питания обмоток S (например, в схеме для многократной телеграфии по фиг. 3), может служить также и ламповый генератор, схематически изображенный на фиг. 13.

Генератор в основном состоит из двух электронных трубок V и V¹, из которых трубка V - самовозбуждающаяся, трубка же V¹ имеет независимое возбуждение и управляется посредством трубки V. Катушки S₁ и обтекаются при действии генератора токами, сдвинутыми в фазе на 90°, и являются обмотками S₁ фреквентно-селективных реле R₁ и R₂ (фиг. 3). Самовозбуждающаяся электронная трубка V соединена обычным образом с анодной батареей 83, с батареей накала 84, с реактивной катушкой 85, с запирающим постоянный ток конденсатором 86, с отводящим сопротивлением 87 для сетки трубки и с регулируемым конденсатором 88, который вместе с катушкой S₁ представляет настраиваемый колебательный контур. Самовозбуждение трубки V осуществляется посредством обратной связи, благодаря падению напряжения на конденсаторе 90, который включен между ее сеткой и нитью накала. Возбуждение трубки V′ происходит через трансформатор 92, благодаря падению напряжения в катушке самоиндукции 91, которая включена в анодную цепь самовозбуждающейся трубки V. Трубка V′ имеет такие же запирающие и настраивающие элементы 85′, 86′, 88′, 89′, 90′, 91′, при чем надо заметить, что самоиндукция катушки 91′ определяется комбинацией значений самоиндукции катушки 91 и первичной обмотки трансформатора 92.

На векторных диаграммах фиг. 14 и 15 объясняется, каким образом при этом в катушках S₁ и образуются токи, практически сдвинутые в фазе на 90°.

Пусть I_s обозначает ток в катушке S₁, относящийся, например, к реле R₁ фиг. 3, а I′_s - ток в катушке , относящийся к реле R₂, той же фиг. 3; I_c - ток в конденсаторе 88 колебательного контура трубки V; I′_c - ток в конденсаторе 88′ колебательного контура V′; I_a - анодный ток трубки V′; I′_a - анодный ток трубки V′; Е - падение напряжения в колебательном контуре 89 трубки V; Е′ - падение напряжения в колебательном контуре 89′ трубки. V′, Е₁ - падение напряжения в катушке 91, Е′₁ - падение напряжения в катушке 91′; Е_а - анодное переменное напряжение трубки V; Е′_а - анодное переменное напряжение трубки V′; E_g - переменное напряжение сетки в трубке V′, E′_g - переменное напряжение сетки в трубке V′.

Ток I_s вызывает благодаря падению напряжений в конденсаторе 90 напряжение E_g на сетке (фиг. 14) и напряжение Е на зажимах х и у колебательного контура 89 (фиг. 13). Напряжение Е, вследствие активного сопротивления катушки S¹, имеет компоненту, совпадающую с током. Далее, складывая геометрически вектор Е с вектором Е₁ падения напряжения в катушке 91, мы получим вектор Е_а, т.- е. напряжение на аноде. Вектор Е₁ почти перпендикулярен к вектору тока I_a , текущему в катушке 91. Величина самоиндукции катушки 91 должна быть такой, чтобы анодный ток I_a совпадал по фазе с напряжением E_g на сетке; это будет достигнуто тогда, когда вектор E_I доходит до продолжения вектора E_g. Если обозначить пропускную способность трубки V через D, то тогда сумма E_g+DE_a даст возбуждающее переменное напряжение E_s, которое имеет то же самое направление, что и E_g. Это же направление должен иметь и анодный ток I_a, который получается как результирующая из I_s и I_c. Направление конденсаторного тока I_s почти перпендикулярно к Е, а поэтому, если мы опустим из конца вектора тока I_s перпендикуляр на Е и продолжим его до пересечения с вектором E_g, то получим конец вектора I_a. Напряжение Е_I увеличенное в соответствии с коэффициентом трансформации трансформатора 92, дает напряжение E′_g на сетке (фиг. 15) трубки V′, которое, как видно, располагается перпендикулярно к E_g. Коэффициент трансформации должен быть выбран таким образом, чтобы амплитуды напряжений E_g и E′_g на сетках были бы равны друг другу. Так как в цепи анода трубки V′ включены те же самые элементы, что и у трубки V, то повернув векторную диаграмму (фиг. 14) на 90° в соответствии с сдвигом фаз между напряжениями E_g и E′_g, мы получим векторную диаграмму для электронной трубки V′ (фиг.15). Сравнивая диаграммы на фигурах 14 и 15, видно, что вектор тока I_s расположен нормально к вектору тока I′_s, т.-е. токи в катушках S₁ и S′₁ обоих реле R₁ и R₂ сдвинуты в фазе на 90°.

При устройстве для многократного телеграфирования, с целью иметь возможность контроля над тем, не начала ли уже какая-либо станция, которую, напр., хотели бы вызвать, приемку от другой станции (контроль на „занято"), применено согласно изобретению, на каждой станции, по крайней мере, одно вспомогательное реле R₃ (фиг. 16), обмотка S₁ которого может быть посредством включателя 93 приключена к многочастотному генератору 94 отправителя. Другая обмотка S₂ реле R₃ все время включена в размыкающую линию 95. Контактная часть К реле R₃ включена в местную цепь тока 97 с сигнальной лампой накаливания 99 и источником тока 98.

Если хотят контролировать, занята ли вызываемая станция, то для этого приводят выключатель 93 в положение, изображенное на фиг. 16, так что обмотка S₁ реле R₃ будет питаться током частоты, соответствующей частоте генератора 94 вызываемой станции. Реле R₃ реагирует при этом только тогда, когда в линии 95 проходит ток соответствующей частоты; это означает, что данная станция уже принимает и занята. Контактная часть К включает в этом случае цепь тока 97 и сигнальную лампу накаливания 99. Посылка на данную станцию может быть начата тогда, когда лампа 99 потухнет. Перед посылкой телеграфных знаков выключатель 93 следует переключить на линию 95.

1. Устройство для многократного телеграфирования с применением нескольких частот, характеризующееся тем, что для приема каждой из частот применены два динамометрических реле R₁ и R₂ (фиг. 3), обмотки S₂, S₂ которых включены в цепь принимаемого тока таким образом, что они получают этот ток в совпадающей фазе, будучи соединены последовательно, тогда как возбудительные обмотки S₁ S₁ включены параллельно с генератором 23 и получают от него сильно разнящиеся по фазе токи, в частности, одна из них включена непосредственно, а другая через реактивную катушку 25, при чем контакты К₁ и К₂ указанных реле соединены в общую цепь с индуктором 17.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что реле R₁, R₂ работают по принципу Феррариса, а именно так, что обе обмотки каждого репе укреплены неподвижно, для приведения же в действие контактной части Т служит подвижный якорь 66 (фиг. 9, 10, 11).

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что реле помимо обмоток S₁, S₂ снабжены еще обмоткой S₈, которая включена последовательно с поворотной катушкой реле и служит для компенсации магнитного поля этой катушки (фиг. 12).

4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что для питания включенных в цепь токов с одинаковой частотой и с сильно разнящимися фазами обмоток S₁ применено приспособление, генерирующее сдвинутые по фазе на 90° токи и содержащее, по крайней мере, одну самовозбуждающуюся электронную трубку V и одну независимо возбуждаемую электронную трубку V′, при чем трубка V самовозбуждается посредством обратной связи, благодаря падению напряжения на конденсаторе 90, который включен между ее сеткой и накаливаемой нитью, тогда как другая, независимо возбуждаемая трубка V′, возбуждается через трансформатор 92, благодаря падению напряжения на катушке самоиндукции 91, которая лежит в анодной цепи самовозбуждающейся трубки V (фиг. 13).

5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что на отправительной станции применено, по крайней мере, одно контрольное реле R₃, у которого одна обмотка S₁ может быть соединена посредством выключателя 93 с многочастотным генератором 94 отправителя, а другая обмотка S₂ включена, например, в линию 95, при чем контактная часть К реле R₃ включена в местную цепь тока 97 вместе с источником тока 98 и с сигнальным приспособлением (например лампой накаливания 99) с той целью, чтобы питанием контрольного реле частотой, соответствующей частоте вызываемой станции, можно было выяснить, занята ли последняя (фиг. 16).