Historia zasilania – Prostowniki mechaniczne
Historia elektrotechniki zaczęła się od stosu Volty, czyli od baterii jednorazowego użytku – od prądu stałego. Później upowszechniły się sieci prądu przemiennego. Z biegiem czasu okazało się, że bardzo potrzebne są prostowniki, choćby do ładowania akumulatorów, ale także do wielu innych celów.
Skupieni na głównym nurcie rozwoju elektroniki, zwykle pomijamy fascynującą historię prostowników, czyli elementów zamieniających prąd przemienny na prąd stały, a ściślej jednokierunkowy.
Wielu osobom pojęcie dawnego elementu prostującego kojarzy się z detektorem radiowym, ewentualnie z lampą prostowniczą – diodą. I jedne, i drugie elementy pojawiły się na przełomie XIX i XX wieku.
Mało kto wie, że elementy prostownicze wykorzystywano już znacznie wcześniej, a na przełomie stuleci i później w użytku były też rozmaite elementy prostownicze, niektóre o zadziwiającej konstrukcji.
Przypomnę, że za początek historii elektroniki i elektryczności śmiało można uznać rok 1800, kiedy to Alessandro Volta przedstawił swój stos, czyli baterię elektryczną. Baterię jednorazową, która zużywała się w trakcie pracy. Później zaproponowano inne rozwiązania, z których do naszych czasów przetrwało jedno. Francuz Georges Leclanché w roku 1866 przedstawił baterię cynkowo-manganową, do dziś powszechnie dostępną w sklepach, zwykle z oznaczeniem „Long Life”. Co ciekawe, inny Francuz, Gaston Planté, już wcześniej, w roku 1859 wynalazł akumulator kwasowo-ołowiowy, popularny do dziś.
Nie wszyscy wiedzą, że historia samochodów zaczęła się w drugiej połowie XIX wieku od… samochodów elektrycznych, zasilanych właśnie z akumulatorów kwasowych, które trzeba było jakoś ładować.
Rysunek 1 pokazuje może nie samochód, ale pierwszy trójkołowy pojazd elektryczny (tricykl) z zasilaniem akumulatorowym z roku… 1881. To fascynujący wątek, godny oddzielnego artykułu i filmu. Podobnie jak historia różnych akumulatorów.
Rysunek 1
W każdym razie akumulatory kwasowe, a potem też i inne, trzeba było cyklicznie ładować. Ładować prądem stałym o znacznym natężeniu i o niewielkim napięciu, zwykle około 6 albo 12 woltów.
Warto też wspomnieć, że historia elektryczności ściśle łączy sie z chemią – zaczęła się przecież od elektrochemii. Przemiany chemiczne pozwalają uzyskiwać (stały) prąd elektryczny w bateriach, ale prąd stały o niedużym napięciu jest „od zawsze” wykorzystywany do realizacji rozmaitych przemian chemicznych, w praktyce do galwanizacji (galwanostegii), czyli elektrolitycznych metod wytwarzania powłok na różnych materiałach. Już od początku wieku XIX potrzebne były źródła prądu stałego o dużym natężeniu.
Tak, tylko szybko okazało się, że ze względu na straty podczas przesyłania, pod koniec XIX wieku praktycznie wszystkie sieci elektryczne były sieciami prądu przemiennego o częstotliwości 50 i 60 herców. Czyli dla użytkownika dostępny był prąd przemienny, a do niektórych celów potrzebował on prądu stałego. Potrzebne były jakieś prostowniki.
I tu zaczyna się fascynująca historia…
Prostowniki – prymitywne ładowarki
Dziś nieprzypadkowo mówimy, że do ładowania akumulatorów wykorzystujemy ładowarki, których większość to bardzo skomplikowane układy elektroniczne. Jednak starsi Czytelnicy przyzwyczajeni są do innego określenia. Otóż dawniej do ładowania akumulatorów wykorzystywano nie ładowarki, nie zasilacze, tylko tak zwane prostowniki.
Taki „prostownik” składał się jedynie z klasycznego transformatora sieciowego oraz elementu prostującego prąd, czyli… I tu młodsi Czytelnicy powiedzą: diody. Diody prostowniczej.
Otóż z początku nie! Dawniej nie było diod, a w szczególności nie było diod półprzewodnikowych. Pierwsze XIX-wieczne ładowarki akumulatorów miały niecodzienną konstrukcję.
Prostowniki mechaniczne
Pierwszą prądnicę też zbudował Francuz – Hippolyte Pixii, już w roku 1832, na bazie eksperymentów Faradaya. Ta pierwsza prądnica wytwarzała „bezużyteczny” prąd przemienny i Pixii za radą słynnego André-Marie Ampère’a, stworzył drugą, „użyteczną” wersję, która dawała prąd stały, a raczej jednokierunkowy. W tym celu Pixii zastosował w prądnicy prostownik. Tak, prostownik mechaniczny – komutator.
I takie rozwiązanie prostownika mechanicznego jest wykorzystywane do dziś, tylko zwykle komutatora nie uważamy za prostownik…
Fotografia 2 pokazuje starą niskonapięciową prądnicę, która na potrzeby procesów elektrochemicznych dostarczała prąd do 310 amperów. Przy niskich napięciach i tak dużych prądach potrzebne są potężne komutatory ze szczotkami miedzianymi, a nie węglowymi.
Fotografia 2
(…)——– ciach! ——–
To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze sierpniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 8/2024). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 8/2024 znajduje się tutaj.
Piotr Górecki
Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek
Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 8/2024.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (weTransfer) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.
