67. OPIS Z 1927 r. STACJI NADAWCZEJ
POLSKIEJ TRANSATLANTYCKIEJ RADIOSTACJI.

Ze schematem stacji nadawczej systemu Alexandersona (wg. S. Manczarskiego), spotkałem się już na początku mojej działalności,
w styczniu 2009 roku. Umieściłem jego obraz, fot 1, w [1] część 01.01.
Podano, że obraz ten zaczerpnięty został z Przeglądu Teletechnicznego, Zeszyt 7, 1929r.  Jest bez opisu i mało przejrzysty.

Fot. 1 Schemat stacji nadawczej PTCR, Przegląd teletechniczny, zeszyt 7, 1929

Dlatego może być bardzo cenna informacja jaką otrzymałem 2917-09-05 od Pana Krzysztofa Sagana,
że odnalazł w Gazecie Radjo z 1927 r. materiały autorstwa inż. F. Perepeczko dotyczące Nadajnika polskiej TCR [2].
Okazało się, że autor napisał cztery artykuły zamieszczone w  tygodniku Radjo z 1927:
23 stycznia nr 4 (6) str. 22 o Centralnym Biurze Operacyjnym;
20 lutego nr 8 (10) str. 24 o Transatlantyckiej Radiostacji;
13 marca nr 11,  o Alternatorze nr 11 str. 22 i o schemacie elementów z nim współpracujących nr 11 str. 23.

Po zapoznaniu się z tymi materiałami doszedłem do wniosku, że byłoby celowe w pierwszym rzędzie udostępnić czytelnikom artykuł ostatni,
z 13 marca nr 11 o Alternatorze, zajmującym dwie strony  str. 22 i str. 23, fot. 2.
Ma on tytuł 19270313-Trans-radjo-stacja Alternator str. 22 i str. 23 nr.11.

Fot. 2 19270313-Trans-radjo-stacja Alternator str. 22 i str.23 nr.11.[2]

Szczególnie interesujący jest zamieszczony na stronie 23 podobny do obrazu z fot. 1, obraz, fot. 3,  nazwany przez autora
"Plan Orientacyjny transatlantyckiej stacji radiotelegraficznej w Warszawie i połączeniach głównych urządzeń stacji transatlantyckiej".
Jest bardzo szczegółowy, ale nie czytelny, co utrudnia jego wykorzystanie.

Fot. 3 Plan orientacyjny Nadajnika PTCR w Warszawie, wg  Fr. Perepeczki, Gazeta Radjo 1927 r. strona 23.[2]

Dlatego postanowiłem go zmodyfikować, poprzez zwiększenie kontrastu i powiększenie oznaczeń cyfrowych poszczególnych obiektów,
na które się autor powołuje na stronie 22. Tak zmodyfikowany jego obraz przedstawia fot. 4.
Poszczególne cyfry przypisane do poszczególnych obiektów (opisanych wg współczesnych nazw)
znacznie ułatwiają opis schematu i poznanie ich przeznaczenia.

Fot. 4 Zmodyfikowany obraz Planu Orientacyjnego Nadajnika PTCR w Warszawie z fot. 3.

Obiekt oznaczony jako Nr 1 jest głównym silnikiem elektrycznym, na zmienne napięcie dwufazowe,
o częstotliwości 50 Hz i wartości 2250 V i obrotach 678,2 obr/min oraz mocy, zależnej od obciążenia,
w zakresie 150 kW do 350 kW "[ 1] część 5". Zastosowano napięcie dwufazowe ze względu na łatwiejsze regulacje jego obrotów.
Było to bardzo ważne, gdyż dokładność i stabilność obrotów silnika jest równoznaczne ze stabilnością
częstotliwości sygnału promieniowanego przez antenę, a więc na pewność łączności radiowej.

Napięcie z sieci trójfazowej przed dojściem do statora silnika podłączone jest do czterech tzw. transformatorów saturacyjnych Nr 4,
nazywanych również modulatorami magnetycznymi, o zamkniętym rdzeniu żelaznym i dwóch uzwojeniach,
dolnego (na schemacie) zasilanego napięciem zmiennym sieci
i górnego zasilanego napięciem stałym o wartości 500V z przetwornicy prądu Nr 5.

Dla wyjaśnienia w jaki sposób przekazywane są wiadomości drogą radiową z wykorzystaniem kodu alfabetu Morse’a,
korzystając z fot. 4, posłużę się prostszymi układami, pokazanymi na rys. 1, "[3] część 01".

"Na rys. 1 pokazane są dwa obiekty: transformator antenowy w. cz., który jest ogniwem łączącym alternator z anteną i modulator magnetyczny.
Energia z alternatora przenosi się do anteny przez sprzężenie indukcyjne, realizowane właśnie za pomocą transformatora antenowego w. cz.

Rys. 1 Schemat elektryczny połączeń transformatora odbiorczego z anteną i modulatorem magnetycznym [3].

Jego pierwotne uzwojenie składa się z szeregu sekcji niezależnych zwojów, połączonych z poszczególnymi odpowiednimi cewkami alternatora. Natomiast uzwojenie wtórne, znajdujące się w obwodzie anteny, jest dwusekcyjne, ale sekcje te są tak połączone,
że ich końce posiadające wysoki potencjał, znajdują się w środku i podłączone są przez elementy strojenia i uzwojenie cewki
do pierwszego członu anteny. Drugie końce są zwarte i podłączone do modulatora magnetycznego.
W ten sposób obie sekcje tworzące uzwojenie wtórne są połączone równolegle. Uzyskuje się dzięki temu równomierny rozkład potencjałów.
Oprócz wymienionych uzwojeń: wielosekcyjnego pierwotnego i wtórnego dwusekcyjnego antenowego, transformator antenowy
w. cz. posiada jeszcze trzecie uzwojenie środkowe, zwane kluczującym, znajdujące się pomiędzy tymi uzwojeniami dla uzyskania
silnego sprzężenia z obwodami alternatora i anteny. Uzwojenie środkowe jest doprowadzone do obu końcówek modulatora magnetycznego,
który moduluje energię promieniowania. Oprócz tego jest tak podłączone do uzwojenia wtórnego transformatora,
że przy odłączonym modulatorze magnetycznym znajduje się całkowicie w obwodzie anteny.

Należy zaznaczyć, że przy normalnej pracy rozpatrywanego alternatora, napięcie wtórne na transformatorze w. cz. wynosi ok. 2000 woltów
i dostarczanym prądzie ok. 100 amperów. Tak więc transformator ten należy traktować jako integralną część jednostki generującej
i dla określania wszelkich jej charakterystyk, takich jak siła elektromotoryczna i prąd, należy przyjmować wartości uzyskiwane
z tego właśnie uzwojenia. Jeśli pełny prąd wyjściowy alternatora wynosi ok. 100 amperów, przy sile elektromotorycznej ok. 2000 woltów,
można uznać, że alternator zaprojektowany był dla obciążenia o rezystancji 20 omów. Jednak ten sam generator mógł być przystosowany
do obciążenia o innej rezystancji, poprzez dobór innej liczby zwojów uzwojenia wtórnego. Powód dlaczego generator został zaprojektowany
do pracy przy wysokim napięciu i niskim prądzie, był związany z tym, iż takie parametry sygnału były najkorzystniejsze dla efektywnego
wykorzystania nowego typu anteny, jaka była zastosowana. Będzie to wyjaśnione dalej, przy opisie pracy anteny Alexandersona.”

Natomiast działanie modulatora, rys. 1, ”[3] część 01”, polega na zasadzie zmiennego oporu pozornego, zmienianego przy pomocy prądu znacznie słabszego w innym, magnetycznie zależnym, obwodzie klucza nadawczego.

„Modulator magnetyczny składa się z dwóch cewek nawiniętych na żelazny rdzeń. Przez jedną z nich w postaci dwóch uzwojeń,
przepływa prąd przemienny wysokiej częstotliwości, przez drugą prąd stały. Zmiana oporu pozornego przyczynia się do zmniejszenia napięcia
alternatora i rozstrajania obwodu antenowego w chwilach otwarcia klucza nadawczego oraz przeciwnych działań w chwili naciśnięcia klucza.
Wykorzystano w tym przypadku zjawisko, że opór uzwojenia, w tym przypadku, uzwojenia pierwotnego,
zależy od stopnia nasycenia magnetycznego w żelazie osiąganego za pomocą prądu w pojedynczym uzwojeniu.
Dla zabezpieczenia tego uzwojenia przed działaniem prądów w.cz. płynących w uzwojeniach wtórnych, jego cewki są tak połączone,
aby strumienie przez nie wytwarzane w rdzeniach środkowych miały kierunki przeciwne.

Gdy prąd w uzwojeniu pierwotnym jest dostatecznie silny, rdzeń żelazny zostaje nasycony i opór pozorny uzwojeń wtórnych będzie taki,
jak gdyby żelaza w cewkach nie było, a więc mały. Natomiast, gdy żelazo rdzenia jest dalekie od nasycenia magnetycznego,
a więc przy małym prądzie w uzwojeniu pierwotnym, uzwojenia wtórne będą zachowywały się jak dławiki, miały dużą oporność pozorną.
Kondensatory wskazane na schemacie mają na celu polepszyć skuteczność pracy modulatora poprzez dobór
najbardziej odpowiedniej charakterystyki prądu modulowanego.

Wartość prądu stałego przepływającego przez cewkę modulatora jest tak ustalona, że następuje wzrost impedancji obwodu,
który zapobiega przejściu prądu wysokiej częstotliwości do anteny. Poprzez zmniejszenie prądu stałego, zmniejszana była impedancja
i w konsekwencji następował wzrost ilości prądu w.cz. płynącego do anteny. Wymagana była stosunkowo mała wartość prądu stałego,
aby sterować dużym prądem wysokiej częstotliwości. Tak więc prąd płynący do anteny mógł być łatwo sterowany przez przekaźnik umieszczony
w obwodzie prądu stałego. Naciśnięcie klucza, powodowało rozwarcie jego styków i zmniejszenie prądu stałego w modulatorze
i wtedy prąd wysokiej częstotliwości rzędu 100 amperów mógł płynąć do anteny. Kiedy klucz zostawał zwolniony, przekaźnik powodował,
że prąd stały płynął do modulatora, zwiększając impedancję i redukując prąd wysokiej częstotliwości do około 3 amperów.

Jest oczywiste, że kiedy alternator częstotliwości radiowej używany był jako źródło promieniowania wysokiej częstotliwości,
stałość częstotliwości wytwarzanego sygnału zależna była bezpośrednio od stałości szybkości obrotowej dysku.
Dlatego było bardzo ważne, aby jego prędkość obrotowa była jak najbardziej stabilna.
W tym celu konieczne było zastosowanie zespołu współpracującego z alternatorem w postaci regulatora jego obrotów.”

Przed opisywaniem działania zmodyfikowanego obrazu Planu Orientacyjnego Nadajnika PTCR w Warszawie z fot. 3,
jest również wskazane wyjaśnić,  jak działa najprostszy układ regulatora obrotów alternatora, opisany w „[3] część 01”.

„Dla przekazywania informacji drogą radiową z wykorzystaniem kodu alfabetu Morse’a wykorzystywany jest specjalny układ
nazywany kluczującym, nazwany tak od klucza, rys. 1, służącego do ręcznej lub z perforowanej taśmy, modulacji sygnału radiowego.
Było to zagadnienie szczególnie trudne, gdyż należało się zabezpieczyć przed powstawaniem iskier i łuków podczas przerywania,
czy przełączania obwodu w którym płynie duży prąd w.cz. Wykorzystywane były w tym celu opisane: jedno z uzwojeń transformatora odbiorczego
i modulator magnetyczny, pokazane na rys. 1.

Alternator wytwarza prądy w. cz. o częstotliwości, określonej długością fali i na taką częstotliwość winien być nastrojony obwód anteny.
Każda zmiana ilości obrotów dysku alternatora, w jednym lub drugim kierunku od normalnej, powoduje wyjście obwodu ze stanu rezonansu.
Ponieważ tłumienie obwodów anteny są stosunkowo nieduże, więc krzywa rezonansu jest bardzo smukła, ostra.
Dlatego też regulacja obrotów dla stałego obciążenia anteny winna się odbywać w bardzo ścisłych granicach.
Bowiem nawet nieznaczna zmiana obrotów dysku, wobec smukłej krzywej rezonansu, w znacznym stopniu zmniejsza energię w obwodzie anteny,
a także zmienia częstotliwość wypromieniowanej fali. Jest to bardzo niepożądane przy odbiorze takiego sygnału,
gdyż w stosunkowo selektywnych odbiornikach zmniejsza jego natężenie. Należy pamiętać, że podczas wysyłania informacji
za pomocą alfabetu Morse,a obciążenie alternatora zmienia się, co powoduje dążność do nierównomiernego biegu dysku.
Stąd konieczne jest stosowanie specjalnego, samoczynnego, bardzo czułego regulatora obrotów dysku alternatora.
Jego praca zostanie opisana na przykładzie regulatora szybkości alternatora, rys. 2. Składa się on z dwóch części podstawowych:
z urządzenia reagującego na zmianę szybkości obrotów dysku oraz urządzenia sterującego pracą silnika elektrycznego napędzającego dysk.

Rys. 2 Schemat regulatora obrotów dysku alternatora [3].

Zmiana obrotów wykrywana jest w obwodzie rezonansowym o ostrej charakterystyce, utworzonym przez indukcyjności uzwojenia jednego
z 64 cewek uzwojenia twornikowego La i indukcyjność L oraz pojemność C. Obwód ten jest nastrojony na częstotliwość nieco wyższą
od normalnej. Cewka L sprzężona jest z drugą cewką Lw znajdującą się w obwodzie aperiodycznym, utworzonym z prostownika PR
i uzwojenia elektromagnesu Lem, zbocznikowanego pojemnością Cw. Rdzeń elektromagnesu E za pośrednictwem kotwiczki K
wraz z przerywaczem Sk oddziałuje na obwód wzbudzenia małej prądnicy P prądu stałego, zasilanego ze źródła napięcia stałego.
Prądnica P zasila prądem stałym, powodującym stan nasycenia żelaza, pierwotne uzwojenia dławików D, których uzwojenia wtórne znajdują się
w dwóch głównych fazach silnika S napędzającego dysk alternatora. W stanie nasycenia dławiki zachowują się tak, jak gdyby żelaza nie było,
a więc ich opór pozorny jest znikomy. Gdy obroty dysku wzrosną, wzrośnie prąd w.cz. w obwodzie LaLC, a zatem i w obwodzie aperiodycznym,
który wskutek działania prostownika PR przekształcony zostanie w prąd stały. Wzrost prądu w obwodzie aperiodycznym
spowoduje zadziałanie elektromagnesu E, rozwarcie styków przerywacza K i nastąpi odłączenie zasilania wzbudzenia prądnicy P.
Spowoduje to zmniejszenie SEM prądnicy, prądu w pierwotnych uzwojeniach dławików D i w rezultacie wyjście żelaza ze stanu nasycenia,
wzrost oporu pozornego oraz zmniejszenie obrotów silnika S napędzającego dysk.”

Po tych dodatkowych informacjach, można przystąpić do dalszego opisu schematu z  fot. 4.

Gdy telegrafista w biurze centralnym naciśnie klucz Nr 6, aby wysłać wiadomość, wzrasta obciążenie alternatora
i pojawia się dążność do malenia jego obrotów. Jednak również następuje wówczas zwarcie lewej części opornika Nr 7
i wzrost napięcia w uzwojeniu górnym prądu stałego oraz wzrost prądu płynącego w tym uzwojeniu. Wartość tego prądu jest tak dobrana,
aby nastąpiło nasycenie magnetyczne rdzenia, przy którym maleje opór w transformatorze saturacyjnym dla prądu zmiennego
i wzrasta napięcie oraz prąd płynący na zaciski wejściowe silnika Nr 1, co spowoduje wzrost jego obrotów.
A więc taka kombinacja pełni funkcje stabilizatora obrotów silnika. Uzwojenie rotora silnika głównego za pomocą trzech pierścieni
i szczotek podłączone jest do dwóch oporników wodnych Nr 11 i  Nr 12, zwanych niekiedy reostatami,
które wraz z innymi urządzeniami służą do regulacji zgrubnej obrotów silnika.

Jest również celowe poświęcić kilka zdań opornikowi wodnemu zwanemu niekiedy reostatem
lub cieczowym zmiennym rezystorem, „[1] część 34”.

„Ciekły zmienny rezystor składa się z dwumetrowego pojemnika, w którym znajdują się elektrody wykonane ze stali nierdzewnej.
Ponadto w pojemniku znajduje się soda kaustyczna i alkohol, którego poziom w zbiornikach może być zmieniany przez śluzę sterowaną
z tablicy kontrolnej. Powoduje to zmianę rezystancji pomiędzy elektrodami ze stali i tym samym kontrolowaną rezystancję
wirnika silnika elektrycznego. Wytworzone wówczas ciepło nagrzewające ciecz, jest odprowadzane za pomocą wymiennika ciepła
do chłodzącej instalacji stacji.

Jeden zmienny cieczowy rezystor jest używany do kontroli prędkości dysku alternatora Alexandersona i tym samym częstotliwości sygnału stacji,
gdy nie są przesyłane wiadomości w postaci kodu Morse’a. Drugi jest podłączany równolegle z pierwszym, przy przesyłaniu znaków
i zmniejsza w ten sposób rezystancję wirnika silnika w celu zapewnienia większego momentu obrotowego.
Tak więc prędkość jest utrzymywana na stałym poziomie, nawet kiedy generator jest obciążany.”

Być może reostaty cieczowe, opisy których dotyczą Nadajnika Szwedzkiego, były podobne w polskim Nadajniku.

Reostat cieczowy Nr 11 przeznaczony jest do uruchamiania alternatora. Na początku jego metalowe rury są całkowicie wynurzone
z  przewodzącej cieczy,  tak więc oporność reostatu jest maksymalna. Gdy za pomocą specjalnego silniczka są one zanurzane w cieczy,
maleje jego oporność i wzrastają obroty silnika do żądanej prędkości.

Drugi reostat Nr 12 jest zwany kompensacyjnym i służy do dokładniejszej regulacji obrotów silnika. Jest on włączany w momencie,
gdy operator naciśnie klucz, wówczas wspomniany wyżej przekaźnik Nr 6 powoduje zwarcie prawej części opornika Nr 7
i podanie napięcia na stycznik Nr 13, który zadziała i spowoduje równoległe połączenia obu reostatów,
czyli zmniejszenie wypadkowej oporności i dalszy wzrost obrotów silnika.

Oś silnika Nr 1 poprzez nie oznaczony łącznik połączona jest z osią wejściową przekładni w postaci kół zębatych,
która podwyższa obroty silnika w stosunku 1:2,297 razy do wartości 2014 obr/ min.
Jej oś wyjściowa poprzez nie oznakowany łącznik połączona jest z osią alternatora, Nr 3, na której zamocowany jest w specjalny sposób,
który zabezpiecza oś i dysk przed ich zniszczeniem w momencie przechodzenia przez ich rezonans mechaniczny,
podczas osiągania wymaganej prędkości obrotów. O dysku być może jeszcze napiszę.

Obecnie należy wspomnieć o urządzeniach dodatkowych współpracujących z alternatorem.
Należą do nich przetwornice:  Nr 5 już wspominana i Nr 9. Ich silniki zasilane są z sieci trójfazowej  poprzez transformatory Nr 8
obniżające napięcie do wartości 2x125 V i generują na wyjściach napięcie stałe o takiej samej wartości.
Napięcie stałe z przetwornicy Nr 9 zasila  uzwojenie alternatora Nr 14 wytwarzające pole magnetyczne w którym wiruje
z szybkością 2014 obr/min w szczelinie ok. 1mm stalowa tarcza alternatora z podłużnymi zębami.
Dla zmniejszenia zawirowań powietrza wewnątrz alternatora, szczeliny między zębami wypełnione są metalem nie magnetycznym,
np. mosiądzem. Po obu stronach tarczy w odstępach 1 mm na obwodzie umieszczona jest wielka ilość sekcyjnych cewek, (64)
uzwojenia Nr 15 i Nr 16,  w których pod wpływem zaburzonego pola magnetycznego przez wirujące szczeliny i stalowe zęby,
generowane są w każdej sekcji zmienne napięcia o wartościach ok. 110 V, dostarczające prąd ok. 30 A, których okres,
a więc i częstotliwość określone są przez wartość obrotów tarczy i ilość zębów.
Ponieważ stabilność sygnału w takim rozwiązaniu jest funkcja obrotów dysku, jego obroty były stabilizowane
przez specjalne układy wspomniane wcześniej.

Sygnał prądowy ok. 30 A o napięciu o wartości 110 V generowany w kilkudziesięciu (64) sekcyjnych cewkach alternatora,
podąża na uzwojenie wejściowe transformatora w.cz. Nr 17, a z jego uzwojenia wtórnego, obniżającego wartość prądu
i podwyższającego napięcie w.cz. Jeden koniec tego uzwojenia jest  poprzez wariometr Nr 18 i cewkę pierwszego masztu,
podłączony na przewody znajdujące się na szczytach masztów anteny, a drugi koniec przez miernik prądu w.cz. anteny Nr 21
do uziemienia Nr 22.

Do wysyłania sygnału służy modulator Nr 18, istota działania którego została opisana wcześniej,
który w zależności od położenia styków klucza Nr 6, dostraja antenę do rezonansu lub ją rozstraja,
poprzez wykorzystaniu zmiennego oporu pozornego, zależnego od wartości prądu stałego znacznie słabszego w innym,
magnetycznie zależnym obwodzie i steruje sygnałem w. cz.

Przy styku Nr 6 otwartym, wielkość prądu stałego w uzwojeniu prądu stałego ma wartość nie powodującą nasycenia magnetycznego rdzenia
i opór pozorny modulatora na wyjściu jest znaczny. A więc uzwojenia wtórne prądu zmiennego będą się zachowywały jak dławiki,
miały dużą oporność pozorną, co uniemożliwi dopływ sygnału do anteny. Jest ona rozstrojona.

Natomiast, gdy telegrafista w biurze centralnym naciśnie klucz Nr 6 aby wysłać wiadomość,
również następuje zwarcie części prawego opornika Nr 7, co spowoduje wzrost napięcia w uzwojeniu prądu stałego modulatora Nr 18
i wzrost prądu płynącego w tym uzwojeniu do wartości powodującej nasycenie magnetyczne rdzenia
i opór pozorny uzwojeń wtórnych będzie taki, jak gdyby żelaza w cewkach nie było, a więc mały.
Antena jest wówczas dostrojona do rezonansu i sygnał jest wypromieniowany.

Nie wielkie rozstrojenia anteny, spowodowane zmiennymi warunkami atmosferycznymi
lub potrzebą zmiany częstotliwości sygnału radiowego, wykonywane są poprzez odpowiednie elektryczne przełączenia
lub zmianę kół zębatych w przekładni.

[1] http://www.nadajnik-babice.pl/

[2] Fr. Perepeczko, Gazeta Radjo 1927 r. strona 23.

[3] https://dobiech-ireneusz.jimdo.com/01-alternator-alexandersona

Ireneusz Dobiech, grudzień 2017 r. (opublikowano 19.09.2018.)

ZAPOZNAJ SIĘ TEŻ Z NOWĄ, DOŚWIADCZALNĄ STRONĄ PT.

ZNAJDZIESZ JĄ POD ADRESEM: http://dobiech-ireneusz.jimdo.com

CIĄG DALSZY NASTĄPI