История создания реле

Электромагнитное, оно же электромеханическое, реле — самый распространённый в автоматике прибор для дистанционного управления мощными электрическими машинами — в то время как само срабатывает от малых токов и напряжений.

В 1820 году датский физик Х.К. Эрстед открыл взаимосвязь магнитного поля и электрического тока. А немецкий ученый С. Швейгер догадался свернуть электрический провод в катушку, внутри которой взаимодействие существенно возрастало, и назвал устройство «гальваническим умножителем». Это был первый прообраз электромагнита, силовой части реле. Англичанин У. Стёрджен в 1824 году построил первый электромагнит с железным сердечником, согнутым в виде подковы. Чтобы намотать большое количество витков проволоки (целых 18!) — а тогда была только неизолированная — он покрыл поверхность железного сердечника лаком и намотал её с зазором.

Профессор математики и натуральной философии академии Элбани в Нью-Йорке Дж. Генри сделал красивый изобретательский ход: саму проволоку изолировал, обмотав её шёлковой нитью (заодно появился на свет и первый электрический провод!). Стало возможным на катушки электромагнитов мотать уже сотни витков изолированного провода. Дж. Генри построил самые мощные в то время электромагниты, удерживавшие сначала 750, а затем и 2 тысячи фунтов.

Позже Дж. Генри увлёкся идеями создания машины, которая могла бы перемещаться электромагнитом, и передачи энергии на расстояние с его помощью. В 1831 г. разработал устройство, в котором прямой электромагнит качался в горизонтальной плоскости, а конструкция позволяла изменять полярность его питания, и два вертикальных постоянных магнита поочерёдно притягивали и отталкивали его концы — заставляли качаться взад и вперед (как в популярной русской механической игрушке про дровосеков). Это устройство уже содержало основные элементы современного поляризованного электромагнитного реле: обмотку, ферромагнитный сердечник, постоянный магнит, контакты, коммутирующие электрическую цепь. Правда, сам Генри тогда рассматривал его именно как «философскую игрушку», помогавшую объяснять студентам принципы магнетизма.

Усовершенствовав устройство, он попробовал применить его для передачи электрического сигнала: сделал макет телеграфа, с подковообразным электромагнитом, между концами которого установил на оси постоянный, который поворачивался при возбуждении катушки (Фактически, умножитель Швейгера, но более мощный). Поворотный магнит ударял по небольшому колокольчику, который при этом звенел. Тщательно рассчитав соотношение количества витков катушки и её конструкцию с напряжением батареи, Генри добился срабатывания телеграфа на расстоянии около мили.

В 1835 году Генри объединил две свои конструкции: телеграфный электромагнит с удаленной батареей вместо удара по колокольчику замыкал контакт цепи питания сверхмощного электромагнита. Профессор Генри на своих лекциях с увлечением демонстрировал новую «игрушку»: подвешивал тяжёлый груз к мощному электромагниту, затем с большого расстоянии выключал питание маленького (вы уже поняли, что это было первое в мире реле?) И груз с грохотом и лязгом летел вниз под восторженный ор студентов…

Джозеф Генри был выдающимся учёным и профессором физики — но недалёким практиком.

Самюэль Морзе был известным художником-портретистом и профессором рисования и скульптуры Нью-Иоркского университета. Но был весьма прагматичным и обладал фантастической трудоспособностью. Используя идеи Генри и его научно-организаторскую помощь, конструировал, изготовлял — и патентовал — новые аппараты для телеграфа, который постепенно стал считать своим, справедливо считая, что патенты выдаются не на красивые теории, а на практические конструкции, которые разрабатывал именно он и его многочисленные, хотя безвестные, помощники-инженеры. Так он стал изобретателем практически применимого телеграфа (в 1832 году), азбуки его имени, и основополагающего прибора — клопфера, которые стали результатом полутора десятков лет его упорнейшего труда.

Таланты Морзе достойны отдельного разговора. Принцип его телеграфа все видели в фильмах про наших разведчиков и их шпионов.

Давайте о клопфере. Этот электромагнитный аппарат для звукового сопровождения кода Морзе, передаваемого ключом, помогал принимать на слух сообщения «точка-тире».

Оператор телеграфа (позже — рации) нажатием на ключ посылал простой электрический импульс (короткий или длинный), тогда в начале линии и, синхронно, на приёме, конец поворотного коромысла клопфера притягивался к сердечнику вертикально установленной катушки и одновременно ударял по колокольчику, издающему звуковой сигнал. Потом догадались вставить карандаш в клопфер, чтобы его якорь самостоятельно рисовал на бумажной ленте точки и тире — благодаря чему результатом работы этого аппарата — сами теперь видите, что это электромагнитное реле — стала передача сложной информации.

Но вдруг стало понятно (хотя ещё в 1824 году Эрстед и Ампер выяснили: по мере удаления от гальванического источника магнитное влияние тока исчезающее ослабевает, а Генри в 1831 не сумел повысить силу электромагнита, только лишь увеличивая количество витков), так вот, выяснилось: по мере роста протяженности телеграфных линий, сигнал, достигающий приемного конца, становился все более слабым и его мощности просто не хватало для работы клопфера.

Вспомнилось им об опытах Генри по дистанционному управлению мощным электромагнитом с помощью промежуточного чувствительного электромагнита. Всплыло готовое решение — конструкция клопфера — как промежуточного элемента, повторяющего передаваемые сигналы и способного ими подключить вспомогательный источник, расположенный в середине трассы телеграфной (а сегодня — и любой другой силовой линии, в такт этим сигналам). И можно включить даже несколько повторителей сигнала с дополнительным свежим питанием.

В России на строительстве телеграфных линий сделал карьеру и заработал свой первый капитал немецкий инженер Сименс, производство телефонного оборудования, в том числе реле, открыл в 1897 году швед Эриксон (слышали фамилии?).

Конечно, к делу, особенно с развитием телефонии, где реле были основным электромеханическим средством коммутации абонентов — подключился велкий Т.А. Эдисон, король патентов.

Собственно, именно он в своих разработках и стал называть их РЕЛЕ — RELAU. Вспомянув, что когда-то так назывались почтовые станции, на которых меняли лошадей, чтобы они пополнили сил. Так назывался и городок в Америке, где была первая такая станция «перезарядки» — как бы клопфер.

А незадолго профессор Генри рассказывал студентам о перспективах применения своего непатентованного изобретения для управления звоном колоколов в удалённых церквах…

Использованы материалы сайта http://museurza.ru/