Коммутатор

(электрический) [Иногда словом К. обозначают также коллектор (см.) динамоэлектрической машины.]. Под названием К. понимают приборы трех родов: 1) приборы, служащие для изменения тока в одной и той же цепи, 2) приборы, служащие для перевода тока из одной цепи в другую, и 3) приборы, служащие для размыкания и замыкания цепи.

Приборы, служащие для изменения направления тока в одной и той же цепи, применяются, главным образом, при электрических измерениях и в научных исследованиях над электрическим током. Коммутатор Поля (Pohl) состоит из деревянной дощечки (фиг. 1), в которую вделано шесть чашечек, наполняемых ртутью.

Фиг. 1.

В эти чашечки опущены концы подвижной дужки, состоящей из стеклянной палки q, кончающейся металлическими ножками o и l и такими же полудугами pn и mk, сидящими на общих оправах. Ножки o и l опущены в средние чашечки l и b; наклонив подвижную часть направо (см. фиг.), опускают концы n и k в чашечки f и g, накрест соединенные проволоками h и i с другими чашечками c и d. К чашечке b присоединяют от источника тока анод, к l — катод, а к f и g — концы внешней цепи, направление тока в которой желательно менять. В изображенном положении ток идет из b через l и k в чашечку g, отсюда в цепь r, по направлению, указанному стрелкой, затем по пути fnoe возвращается в источник. Чтобы переменить направление тока в цепи r, достаточно перекинуть дужку налево: ток пойдет из b через lm в чашечку c, отсюда через i в f и внешнюю цепь, в направлении обратном предыдущему. Коммутатор Бертена (Bertin) состоит из деревянной дощечки (фиг. 2), к которой прикреплен подвижной кружок из эбонита, который можно поворачивать с помощью ручки m.

Фиг. 2.

На кружке приделана подковообразная металлическая часть ie, соединенная под кружком с зажимом N, и стержень o, соединенный с осью кружка и зажимом P. На той же доске закреплены пружины r и r', кончающиеся зажимами b и b' и касающиеся стержня o и одной из ножек подковы ie. Зажимы PN присоединяются к источнику тока, а b и b' — к концам цепи. В данном на чертеже положении ток входит в P и через o и r проходит в цепь, откуда через b', r', i и N возвращается в источник тока. Чтобы переменить направление тока в цепи — рычаг m поворачивают так, чтобы o коснулось пружины r, а e коснулось пружины r'. К. Румкорфа состоит из непроводящего цилиндра c (из дерева, эбонита), насаженного на ось (фиг. 3) и могущего поворачиваться вокруг нее с помощью ручки a.

Фиг. 3.

На цилиндр насажены две выпуклые металлические части d и e, из которых одна сообщена посредством оси с зажимом g, а другая также с зажимом f. Ось состоит из двух изолированных друг от друга половин. С двух сторон цилиндра на него нажимают пружины k и e, сообщенные соответственно с зажимами h и i. Поворачивая цилиндр посредством рукоятки, мы заставляем попеременно пружины k и l касаться частей d и e. К зажимам g и f присоединяют проводники от источника тока. К зажимам h и i присоединяют внешнюю цепь. Когда цилиндр повернут так, что d касается k, а e касается l, то ток идет из g, через b и d, в k и h, а оттуда, по внешней цепи, по направлению указанному стрелкой и через ileaf возвращается к источнику тока. Если мы повернем цилиндр на пол-оборота, ток пойдет в обратном направлении.

При пользовании сильными токами, по причине самоиндукции цепи и значительной силы тока, появились бы в коммутаторе сильные искры, а в цепи большой силы экстраток. Поэтому ток ослабляют предварительно с помощью реостатов, меняют его направление посредством коммутатора и затем снова доводят до первоначальной силы выведением реостатов.

К., служащие для перевода тока из одной цепи в другую, применяются тогда, когда имеется один или несколько источников тока и одна или несколько цепей, и должна быть дана возможность производить любые соединения между цепями и источниками тока. Если имеется один источник и несколько цепей, то применяется следующий простой К.: на круглой дощечке (фиг. 4) закреплены изолированные друг от друга зажимы A, B, C и O.

Фиг. 4.

Один из зажимов O соединен с металлической пластинкой a, которая может поворачиваться с помощью рукоятки E. К зажимам A, B, C прикреплены пластинки nnn, по которым скользит пластинка a при вращении рукоятки E. Зажим O соединяют с одним полюсом источника тока, другой же его полюс соединяют с концами всех трех цепей R, R₁, R₂ (фиг. 5); начала цепей R, R₁, R₂ присоединяют соответственно к зажимам A, B и C.

Фиг. 5.

Если пластинка a стоит на nA, то ток идет по цепи R, если на nB, то по цепи R₁, если на nC — то по цепи R₂. Если существует несколько источников тока и несколько цепей (такие случаи встречаются в телеграфии) и должна существовать возможность производить любые комбинации первых и последних, то применяют более сложные К. Швейцарский К. (фиг. 6) состоит из ряда металлических брусков L¹, L², L³, расположенных параллельно и изолированных друг от друга; над ними накрест проложен другой ряд брусков A¹, A², A³, A⁴, отделенный от первого слоем изолировки.

Фиг. 6.

В местах скрещивания брусков просверлены отверстия, проходящие через оба бруска; в изображенном К. таких отверстий 16. Вставляя в любое из отверстий металлический штепсель P, мы можем любой из брусков L соединить с любым из брусков A. Один ряд брусков соединяют с источником тока, другой с цепями; очевидно, что швейцарский К, можно устроить на любое число цепей, но чем больше он становится, тем труднее его сборка и содержание в порядке. В телефонии условия еще сложнее, так как число цепей может достигнуть нескольких тысяч, а число возможных комбинаций — нескольких сотен тысяч; поэтому в телефонии применяют особого рода К., о которых см. Телефония.

Приборы, служащие для размыкания и замыкания слабых токов, бывают самых разнообразных типов. В телеграфии (см.) пользуются ключами, при проводке электрических звонков — кнопками, в лампах накаливания — особыми ламповыми выключателями и т. д. Конструкция выключателей для сильных токов сводится к нескольким типам, наиболее простой из которых представляет выключатель "рубильник". Такого рода выключатель (размыкатель и замыкатель) изображен на фиг. 7.

Фиг. 7.

Он состоит из прикрепленных к одной доске зажимов B и C, соединенных соответственно с пружинящими пластинками a и b. Вокруг B на шарнире, в вертикальной плоскости, поворачивается, с помощью ручки A, медная пластинка-"нож" H. Если опустить ручку A вниз, то нож H проникает между пластинок a и b и соединяет их металлически. При размыкании тока нож H вытягивают из a и b; при этом, если размыкание тока производится недостаточно быстро, а напряжение тока достаточно велико, то между a и b и ножом в момент размыкания образуется вольтова дуга, которая может испортить прибор, обжечь руки размыкающему и т. п. Ввиду этого обыкновенно к ножу приделывают сильные пружины, которые в тот момент, когда нож выходит из пластин, автоматически быстро выдергивают его вверх, причем вольтова дуга тотчас разрывается. Иногда к одной ручке прикреплены два ножа, размыкающих ток одновременно в двух частях цепи; такой выключатель называется "двухполюсным". Иногда пользуются автоматическими выключателями (размыкателями), т. е. приборами, которые сами собою размыкают цепь, когда ток в ней сделается больше или меньше некоторой определенной величины. Особенно часто применяются такие приборы в цепях, в которых заряжаются аккумуляторы (см.) от динамо-машин. Электровозбудительная сила машины должна быть больше таковой у аккумуляторной батареи, в противном случае ток из батареи может пойти обратно в динамо-машину и повредить ее; поэтому необходимо ввести в цепь прибор, который автоматически размыкал бы ее, когда ток в цепи сделается меньше известного предела. Такой прибор изображен на фиг. 8.

Фиг. 8.

На деревянной доске укреплен электромагнит O, один конец обмотки которого соединен с зажимом A, а другой с чашечкой a, содержащей ртуть; рядом находится ртутная чашечка a₁, соединенная с зажимом A'. Против накось срезанного сердечника электромагнита O висит якорь d, подвешенный на одном плече ломанного рычага; другое плечо рычага кончается медной дужкой, ножки которой погружаются при повороте рычага в чашечки a и a₁ и соединяют их. К якорю приделана на штифте гирька m; ее передвижением можно перемещать центр тяжести верхнего плеча. Действие прибора следующее: один из проводов, соединяющих динамо-машину с аккумуляторами в какой-либо точке, разрезается и два образовавшихся конца примыкают к зажимам A и A'. Рукой прижимают медную дужку в чашечки a и а₁, тогда ток идет через прибор по пути A-O-a-дужка-a₁-A'. Сердечник, при достаточной силе тока, притягивает якорь d, отчего дужка остается погруженной в чашечки aa₁ и ток остается замкнутым. Когда по каким-либо причинам сила тока сделается менее нормальной и аккумуляторам грозит опасность разрядиться, то, благодаря грузику m, якорь d отвалится и дужка, выскочив из ртутных чашечек aa₁, разомкнет ток. Перемещая грузик т, можно установить автоматический выключатель на различные силы тока. К автоматическим выключателям принадлежат также и предохранители (см.).

Для успешного действия все К. для сильных токов должны удовлетворять следующим условиям: 1) контактные поверхности должны быть достаточно велики — не менее 1 кв. см на каждые 5 ампер; 2) контактные поверхности должны всегда обуславливать достаточное соприкосновение и всегда быть чистыми; 3) размыкание должно производиться по возможности быстро.

А. Г.