एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर

एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर घूर्णन मशीन है जिसका आविष्कार 1904 में अर्नस्ट एलेक्जेंडरसन द्वारा रेडियो ट्रांसमीटर के रूप में उपयोग के लिए उच्च-आवृत्ति प्रत्यावर्ती धारा उत्पन्न करने के लिए किया गया था। यह उन प्रथम उपकरणों में से था जो रेडियो द्वारा आयाम संग्राहक संकेतों के प्रसारण के लिए आवश्यक सतत तरंग उत्पन्न करने में सक्षम था। इसका उपयोग लगभग 1910 से कुछ महाशक्ति लॉन्गवेव रेडियो टेलीग्राफी स्टेशनों में मोर्स कोड द्वारा ट्रांसोसेनिक संदेश ट्रैफ़िक को विश्व के समान स्टेशनों में प्रसारित करने के लिए किया गया था।

चूँकि 1920 के दशक के प्रारम्भ में वेक्यूम - ट्यूब ट्रांसमीटरों के विकास के कारण एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर का उपयोग द्वितीय विश्व युद्ध तक किया जाता रहा। यह विद्युत अभियन्त्रण में प्रमुख उपलब्धि के रूप में आईईईई मील के पत्थर की सूची में है।

पूर्व घटनाक्रम
1887 में रेडियो तरंगों के शोध के पश्चात, रेडियो ट्रांसमीटरों की प्रथम पीढ़ी, स्पार्क गैप ट्रांसमीटरों ने नम तरंग (रेडियो प्रसारण) के तार उत्पन्न किए, रेडियो तरंगों के स्पंदन जो शीघ्रता से शून्य हो गए। 1890 के दशक तक यह अनुभूत किया गया था कि अवमंदित तरंगों के हानि थे; उनकी ऊर्जा आवृत्ति बैंड में विस्तारित थी, इसलिए विभिन्न आवृत्तियों पर ट्रांसमीटर दूसरे के साथ हस्तक्षेप करते थे, और वे ध्वनि संचारित करने के लिए ऑडियो संकेत के साथ संशोधित नहीं किया जा सकता था। ट्रांसमीटरों का आविष्कार करने के प्रयास किए गए जो निरंतर तरंगें उत्पन्न करेंगे - एकल आवृत्ति पर साइनसोइडल वैकल्पिक प्रवाह।

1891 के व्याख्यान में, फ्रेडरिक थॉमस ट्राउटन ने बताया कि, यदि विद्युत अल्टरनेटर को पर्याप्त चक्र गति से चलाया जाता है (अर्थात, यदि यह पर्याप्त तीव्रता से मुड़ता है और इसके आर्मेचर पर बड़ी संख्या में चुंबकीय ध्रुवों के साथ बनाया गया है) तो यह होगा रेडियो आवृत्ति पर निरंतर तरंगें उत्पन्न करें। 1889 में एलीहु थॉमसन से प्रारंभ करते हुए,   शोधकर्ताओं की श्रृंखला ने उच्च आवृत्ति अल्टरनेटर, निकोला टेस्ला का निर्माण किया  (1891, 15 किलोहर्ट्ज़), सैलोमन्स और पाइके (1891, 9 kHz), पार्सन्स और इविंग (1892, 14 kHz), सीमेंस (5 किलोहर्ट्ज़), बी.जी. लैम्मे (1902, 10 kHz), किन्तु कोई भी 20 kHz से ऊपर रेडियो प्रसारण के लिए आवश्यक आवृत्तियों तक पहुंचने में सक्षम नहीं था।



निर्माण
1904 में, रेजिनाल्ड फेसेन्डेन ने अल्टरनेटर के लिए सामान्य विद्युतीय के साथ अनुबंध किया, जो 100,000 हर्ट्ज की आवृत्ति उत्पन्न करता था। निरंतर तरंग रेडियो के लिए। अल्टरनेटर को अर्न्स्ट एलेक्जेंडरसन द्वारा डिजाइन किया गया था। एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर का बड़े स्तर पर तटीय स्टेशनों द्वारा लंबी-तरंग रेडियो संचार के लिए उपयोग किया गया था, किन्तु अधिकांश जहाजों पर स्थापित करने के लिए अधिक बड़ा और भारी था। 1906 में प्रथम 50 किलोवाट अल्टरनेटर वितरित किए गए। ब्रांट रॉक, मैसाचुसेट्स में रेजिनाल्ड फेसेन्डेन के लिए, दूसरा ग्लूसेस्टर, मैसाचुसेट्स में जॉन हेस हैमंड, जूनियर के लिए और दूसरा न्यू ब्रंसविक, न्यू जर्सी में अमेरिका की मारकोनी वायरलेस टेलीग्राफ कंपनी के लिए था।

एलेक्जेंडरसन को 1911 में अपने डिवाइस के लिए पेटेंट मिला। एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर ने दूसरे रेडियो ट्रांसमीटर के रूप में फेसेन्डेन के रोटरी स्पार्क-गैप ट्रांसमीटर का अनुसरण किया, जो मानव आवाज को ले जाने के लिए आयाम संग्राहक था। 1913 में वेक्यूम - ट्यूब (वाल्व) इलेक्ट्रॉनिक ऑसिलेटर जैसे आर्मस्ट्रांग ऑसिलेटर के आविष्कार तक, एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर महत्वपूर्ण उच्च-शक्ति रेडियो ट्रांसमीटर था, और मानव आवाज के आयाम संग्राहक रेडियो प्रसारण की अनुमति देता था। स्वीडन में वीएलएफ ट्रांसमीटर ग्रिमेटन में अंतिम शेष ऑपरेशन योग्य एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर है और 1996 तक नियमित सेवा में था। यह एलेक्जेंडरसन डे पर कुछ मिनटों के लिए संचालित होता रहता है, जो या तो जून में अंतिम रविवार होता है या प्रत्येक साल जुलाई में प्रथम रविवार होता है।.

प्रथम विश्व युद्ध और आरसीए का गठन
प्रथम विश्व युद्ध के प्रकोप ने यूरोपीय देशों को अंतरराष्ट्रीय रेडियो संचार नेटवर्क के विकास को अस्थायी रूप से त्यागने के लिए निःसहाय किया, जबकि संयुक्त राज्य अमेरिका ने ट्रांसोसेनिक रेडियो विकसित करने के प्रयासों में वृद्धि की। युद्ध के अंत तक एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर विश्वसनीय रूप से ट्रांसोसेनिक रेडियो सेवा प्रदान करने के लिए कार्य कर रहा था। मार्कोनी कंपनी ने अल्टरनेटर का उपयोग करने के लिए विशेष अधिकारों के विपरीत में जनरल इलेक्ट्रिक को $5,000 का व्यापार करने के लिए प्रस्तुत किया, किन्तु जैसे ही सौदा होने वाला था, अमेरिकी राष्ट्रपति वुडरो विल्सन ने अनुरोध किया कि जीई ने प्रस्ताव को अस्वीकार कर दिया, जिससे ब्रिटिश (जो थे) पनडुब्बी संचार केबलों में अग्रणी) विश्व में रेडियो संचार पर प्रभुत्व। जीई ने अनुरोध का अनुपालन किया और अमेरिकी टेलीफोन और टेलीग्राफ (एटी एंड टी), यूनाइटेड फ्रूट कंपनी, पश्चिमी इलेक्ट्रिक कंपनी और वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक एंड मैन्युफैक्चरिंग कंपनी के साथ मिलकर अमेरिका के रेडियो निगम (आरसीए) बनाया, जिससे अमेरिकी कंपनियों को अमेरिकी रेडियो का नियंत्रण प्रथम बार मिला।

स्टेशन
थॉर्न एल मेयस ने 1924 तक की अवधि में 200 किलोवाट एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर के दस जोड़े के उत्पादन की पहचान की, जिसमें कुल 20 ट्रांसमीटर थे:

द्वितीय विश्व युद्ध के समय और पश्चात में अमेरिकी सैन्य उपयोग
1941 के प्रारम्भ में, अमेरिकी नौसेना और वायु सेना द्वारा बीस मूल 200 किलोवाट अल्टरनेटर में से सात को सेवा में रखा गया था:

द्वितीय विश्व युद्ध के समय अमेरिकी नौसेना ने प्रशांत बेड़े के लिए विश्वसनीय दूरस्थ लॉन्गवेव (वीएलएफ) प्रसारण की आवश्यकता को पहचाना। हवाई में हाइकू में नई सुविधा का निर्माण किया गया था, जहां मुख्य भूमि से स्थानांतरित किए गए दो 200 किलोवाट एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर स्थापित किए गए थे। नौसेना ने पुनः प्रशांत महासागर संचार के लिए बोलिनास, कैलिफोर्निया में प्रस्तुत ट्रांसमीटर का संचालन किया। दोनों हाइकू अल्टरनेटर 1969 में संभवतः कैलिफोर्निया की क्रेगर कंपनी को निस्तारण के लिए बेचे गए थे।

1940 के अंत में वायु सेना ने हाइकू और मैरियन, मैसाचुसेट्स सुविधाओं का नियंत्रण ग्रहण किया। वायु सेना ने पाया कि आर्कटिक शोधकर्ताओं के साथ-साथ ग्रीनलैंड, लैब्राडोर और आइसलैंड के स्थानों को मौसम की सूचना भेजते समय लॉन्गवेव ट्रांसमिशन शॉर्टवेव की तुलना में अधिक विश्वसनीय थे। दो मैरियन ट्रांसमीटरों का उपयोग 1957 तक किया गया था। को 1961 में विस्थापित कर दिया गया था और दूसरे को कथित अमेरिकी मानक ब्यूरो को सौंप दिया गया था। और स्मिथसोनियन इंस्टीट्यूशन के गोदाम में संग्रहीत है।

डिजाइन
एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर एसी इलेक्ट्रिक जनरेटर के समान कार्य करता है, किन्तु अधिक अल्प आवृत्ति (वीएलएफ) रेडियो आकाशवाणी आवृति श्रेणी में उच्च-आवृत्ति करंट उत्पन्न करता है। रोटर में कोई प्रवाहकीय वाइंडिंग या विद्युत कनेक्शन नहीं है; इसमें उच्च तन्यता शक्ति वाले चुंबकीय स्टील की ठोस डिस्क होती है, जिसकी परिधि में संकीर्ण स्लॉट होते हैं जो संकीर्ण दांतों की श्रृंखला बनाते हैं जो चुंबकीय ध्रुवों के रूप में कार्य करते हैं। वायुगतिकीय ड्रैग को अल्प करने के लिए रोटर को चिकनी सतह देने के लिए दांतों के मध्य के स्थान को गैर-चुंबकीय सामग्री से भरा जाता है। गति बढ़ाने वाले गियरबॉक्स के माध्यम से रोटर को इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा तीव्र गति से घुमाया जाता है।

मशीन चर अनिच्छा (इलेक्ट्रिक गिटार पिकअप के समान) द्वारा संचालित होती है, जो दो कॉइल को जोड़ने वाले चुंबकीय क्षेत्र को परिवर्तित करती है। रोटर की परिधि को सी-आकार के क्रॉस-सेक्शन के साथ गोलाकार लोहे के स्टेटर द्वारा लगाया जाता है, जो संकीर्ण ध्रुवों में विभाजित होता है, रोटर के समान संख्या में कॉइल के दो समूह होते हैं। कॉइल का समूह एकदिश धारा से सक्रिय होता है और स्टेटर में एयर गैप में चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है, जो रोटर के माध्यम से अक्षीय रूप से (निकट में) निकलता है।

जैसे ही रोटर मुड़ता है, बारी-बारी से या तो डिस्क का लोहे का खंड स्टेटर ध्रुवों की प्रत्येक जोड़ी के मध्य की खाई में होता है, जिससे उच्च चुंबकीय प्रवाह अंतराल को पार करने की अनुमति देता है, या फिर गैर-चुंबकीय स्लॉट स्टेटर अंतराल में होता है, जिससे पारित करने के लिए प्रवाह को अल्प चुंबकीय की अनुमति मिलती है। इस प्रकार स्टेटर के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह तीव्र गति से साइनसॉइड रूप से भिन्न होता है। प्रवाह में ये परिवर्तन स्टेटर पर कॉइल्स के दूसरे समूह में रेडियो आवृत्तिवोल्टेज को प्रेरित करते हैं।

आरएफ कलेक्टर कॉइल सभी आउटपुट ट्रांसफार्मर द्वारा आपस में जुड़े होते हैं, जिसकी सेकेंडरी वाइंडिंग एंटीना परिपथ से जुड़ी होती है। रेडियो आवृत्ति ऊर्जा का मॉड्यूलेशन या टेलीग्राफी चुंबकीय एम्पलीफायर द्वारा किया गया था, जिसका उपयोग आयाम मॉड्यूलेशन और वॉयस ट्रांसमिशन के लिए भी किया जाता था।

एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर द्वारा हर्ट्ज़ (यूनिट) में उत्पन्न धारा की आवृत्ति रोटर ध्रुवों की संख्या और प्रति सेकंड क्रांतियों का गुणनफल है। इस प्रकार उच्च रेडियो आवृत्ति के लिए अधिक ध्रुवों, उच्च घूर्णी गति, या दोनों की आवश्यकता होती है। ट्रांसकॉन्टिनेंटल वायरलेस संचार के लिए अधिक अल्प आवृत्ति (वीएलएफ) श्रेणी में रेडियो तरंगों का उत्पादन करने के लिए अलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर का उपयोग किया गया था। 100 kHz की आउटपुट फ़्रीक्वेंसी वाले सामान्य अल्टरनेटर में 300 पोल थे और 20,000 रेवोल्यूशन प्रति मिनट (RPM) (333 रेवोल्यूशन प्रति सेकंड) पर घुमाया गया। उच्च शक्ति का उत्पादन करने के लिए, रोटर और स्टेटर के मध्य की दूरी को केवल 1 मिमी रखा जाना था। ऐसी उच्च गति पर घूमने वाली त्रुटिहीन मशीनों के निर्माण ने कई नई समस्याएं प्रस्तुत कीं, और एलेक्जेंडरसन ट्रांसमीटर भारी और अधिक महंगे थे।

आवृत्ति नियंत्रण
ट्रांसमीटर की आउटपुट आवृत्ति रोटर की गति के समानुपाती होती है। आवृत्ति को स्थिर रखने के लिए, इसे घुमाने वाली इलेक्ट्रिक मोटर की गति को फीडबैक लूप से नियंत्रित किया जाता था। विधि में, आउटपुट संकेत का प्रतिरूप उच्च-क्यू ट्यूनेड परिपथ पर प्रारम्भ होता है, जिसकी आवृत्ति आउटपुट आवृत्ति से थोड़ी अधिक होती है। जनरेटर की आवृत्ति एलसी परिपथ के प्रतिबाधा वक्र की स्कर्ट पर पड़ती है, जहां आवृत्ति के साथ प्रतिबाधा तीव्रता से बढ़ती है। एलसी परिपथ का आउटपुट सुधारा जाता है, और परिणामी वोल्टेज की तुलना मोटर गति को नियंत्रित करने के लिए फीडबैक संकेत उत्पन्न करने के लिए निरंतर संदर्भ वोल्टेज से की जाती है। यदि आउटपुट आवृत्ति अत्यधिक हो जाती है, तो एलसी परिपथ द्वारा प्रस्तुत प्रतिबाधा बढ़ जाती है, और एलसी परिपथ के माध्यम से प्राप्त होने वाले आरएफ संकेत का आयाम गिर जाता है। मोटर का फीडबैक संकेत अल्प हो जाता है, और मोटर धीमी हो जाती है। इस प्रकार अल्टरनेटर आउटपुट आवृत्ति ट्यून्ड परिपथ रेजोनेंट आवृत्ति पर लॉक हो जाती है।

समूह 10,500 से 24,000 मीटर (28.57 से 12.5 KHz) के तरंग दैर्ध्य पर संचालित करने के लिए बनाए गए थे। यह तीन डिज़ाइन चर द्वारा पूर्ण किया गया था। अल्टरनेटर 1220, 976 या 772 पोल के साथ बनाए गए थे। 2.675, 2.973 और 3.324 के अनुपात के साथ तीन गियरबॉक्स उपलब्ध थे और 900 RPM ड्राइविंग मोटर को 4% से 20% की स्लिप पर संचालित किया गया था, जिससे 864 से 720 RPM की गति मिली। यूरोप में स्थापित ट्रांसमीटर, 50-चक्र शक्ति पर कार्य कर रहे थे, ड्राइविंग मोटर की अल्प गति के कारण 12,500 से 28,800 मीटर की तरंग दैर्ध्य सीमा थी।

प्रदर्शन लाभ
बड़ा एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर 500 kW आउटपुट रेडियो-आवृत्ति ऊर्जा का उत्पादन कर सकता है और यह पानी- या तेल-ठंडा होगा। ऐसी ही मशीन में स्टेटर वाइंडिंग में 600 पोल जोड़े थे, और रोटर को 2170 RPM पर चलाया गया था, जिसकी आउटपुट आवृत्ति 21.7 kHz के निकट थी। उच्च आवृत्तियों को प्राप्त करने के लिए, 20,000 RPM तक उच्च रोटर गति की आवश्यकता होती है।

1903 में आविष्कार किए गए चाप कनवर्टर के साथ, एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर पूर्व रेडियो ट्रांसमीटरों में से था जो निरंतर तरंगें उत्पन्न करता था। इसके विपरीत, पूर्व के स्पार्क-गैप ट्रांसमीटरों ने अवमंदित तरंगों की श्रृंखला उत्पन्न की। ये विद्युत से आकुलता करने वाले थे; ट्रांसमीटर की ऊर्जा व्यापक आवृत्ति श्रेणी में विस्तारित थी, इसलिए उन्होंने अन्य प्रसारणों में हस्तक्षेप किया और अक्षम रूप से संचालित किया। सतत-तरंग ट्रांसमीटर के साथ, सभी ऊर्जा संकीर्ण बैंडविड्थ (संकेत प्रोसेसिंग) के अंदर केंद्रित थी, इसलिए दी गई आउटपुट पावर के लिए वे लंबी दूरी पर संचार कर सकते थे। इसके अतिरिक्त, ध्वनि ले जाने के लिए निरंतर तरंगों को ऑडियो संकेत के साथ मॉड्यूलेशन किया जा सकता है। एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर आयाम मॉड्यूलेशन ट्रांसमिशन के लिए उपयोग किए जाने वाले पूर्व ट्रांसमीटरों में से था।

एलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर ने आर्क कन्वर्टर की तुलना में शुद्ध निरंतर तरंगों का उत्पादन किया, जिसका नॉनसाइनसाइडल आउटपुट महत्वपूर्ण हार्मोनिक्स उत्पन्न करता है, इसलिए अल्टरनेटर को लंबी दूरी की टेलीग्राफी के लिए प्राथमिकता दी गई थी।

हानि
पारंपरिक अल्टरनेटर की तुलना में अत्यधिक उच्च घूर्णी गति के कारण, अलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर को कुशल कर्मियों द्वारा निरंतर सुरक्षा की आवश्यकता होती है। विश्वसनीयता के लिए कुशल स्नेहन और तेल या पानी ठंडा करना आवश्यक था जो उस समय उपलब्ध स्नेहक के साथ प्राप्त करना कठिन था। वास्तव में, शाही नौसेना की एडमिरल्टी हैंडबुक ऑफ वायरलेस टेलीग्राफी के प्रारंभिक संस्करण इसे अधिक विस्तार से कवर करते हैं, अधिकतर स्पष्टीकरण के रूप में कि नौसेना ने उस विशेष प्रौद्योगिकी का उपयोग क्यों नहीं किया। चूँकि, अमेरिकी नौसेना ने किया।

अन्य प्रमुख समस्याएँ यह थीं कि परिचालन आवृत्ति को परिवर्तित करना लंबी और जटिल प्रक्रिया थी, और स्पार्क ट्रांसमीटर के विपरीत, वाहक संकेत को इच्छानुसार चालू और बंद नहीं किया जा सकता था। पश्चात की समस्या सुनने में अधिक जटिल है (अर्थात, किसी भी उत्तर को सुनने के लिए प्रसारण को रोकना)। यह भी संकट था कि यह दुश्मन के जहाजों को जहाज की उपस्थिति को ज्ञात करने की अनुमति देगा।

ध्रुवों की संख्या की सीमा और मशीन की घूर्णी गति के कारण, अलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर शॉर्टवेव रेडियो और उच्च आवृत्तियों के शारीरिक रूप से असंभव होने के साथ, निचले मध्यम तरंग बैंड में लगभग 600kHz तक संचरण आवृत्तियों को उत्पन्न करने में सक्षम है।

यह भी देखें

 * एलेक्जेंडरसन डे
 * टोनव्हील
 * रिज़ॉल्वर (विद्युत)

अग्रिम पठन

 * Antique Wireless Association - column edited by Frank Lotito
 * David E. Fisher and Marshall J. Fisher, Tube, the Invention of Television Counterpoint, Washington D.C. USA, (1996) ISBN 1-887178-17-1
 * Hammond, John Winthrop. Men and Volts, the Story of General Electric. Philadelphia & New York: J. B. Lippincott (1941), pp. 349–352, 372.
 * Notes from the Navy Institute proceedings 1952 from M.G. Abernathy files.
 * Letter to M.G. Abernathy from G. Warren Clark Captain USNR (Ret)
 * Letter to Mr. Mayes from Lt. Francis J. Kishima Commanding Officer USCG Omega Station Hawaii
 * Milestones:Yosami Radio Transmitting Station, 1929
 * E. F. W. Alexanderson, High Frequency Alternator
 * N. Tesla,

बाहरी संबंध

 * "The World's Greatest Wireless Station" (Radio Central), The Book of Radio by Charles Taussig, pages 312-327.
 * "American Marconi Station, Marion, MA" by Henry Brown
 * Alexanderson Alternators at Haiku Valley, Oahu by David Jessup
 * "Kahuku Marconi Wireless Station, O'ahu, Hawaii" by Jonathan H, June 20, 2007
 * "Marion Mass. Alternators" (picture gallery) by David Jessup, 2012
 * "Tuckerton Wireless 1912-1955" (gallery)
 * "The Radio Station SAQ Grimeton" Alexanderson alternator preserved at UNESCO World Heritage Site in Grimeton, Sweden