El alternador Goldschmidt o alternador reflector , inventado en 1908 por el ingeniero alemán Rudolph Goldschmidt , [1] era una máquina rotatoria que generaba corriente alterna de radiofrecuencia y se utilizaba como transmisor de radio . [2] Los alternadores de radio como el Goldschmidt fueron algunos de los primeros transmisores de radio de onda continua . Al igual que el alternador Alexanderson similar , se utilizó brevemente alrededor de la Primera Guerra Mundial en algunas estaciones de radio de onda larga de alta potencia para transmitir tráfico de radiotelegrafía transoceánica , hasta la década de 1920, cuando quedó obsoleto por los transmisores de tubo de vacío .
Aunque el dispositivo era un transmisor de radio, se parecía a un generador eléctrico utilizado para producir energía eléctrica en una planta de energía. Al igual que otros generadores, consistía en un rotor , de varios pies de diámetro, enrollado con bobinas de alambre, que giraban dentro de un marco estacionario llamado estator que tenía sus propias bobinas. [3] La interacción entre los campos magnéticos del rotor y el estator producía corrientes de radiofrecuencia en los devanados del estator, que se aplicaban a la antena .
Un alternador de radiofrecuencia se diferenciaba de un generador eléctrico ordinario en que para producir corriente alterna de frecuencia suficientemente alta para crear ondas de radio ( corriente de radiofrecuencia ) giraba mucho más rápido y tenía muchos más "polos" magnéticos en el rotor y el estator, [3] generalmente de 300 a 600. El alternador Goldschmidt era accionado por un potente motor eléctrico de CC unido al eje, a través de un tren de engranajes que aumentaba la velocidad del motor a varios miles de RPM. La ventaja del diseño Goldschmidt era que al utilizar bancos de condensadores "reflectores" externos que hacían que la frecuencia de salida fuera un múltiplo ( armónico ) de la velocidad de rotación del alternador, permitía mantener la velocidad de rotación más baja, simplificando el diseño mecánico. [3] Los transmisores Goldschmidt operaban a frecuencias de onda larga ( LF y VLF ) de aproximadamente 20 a 100 kHz.
Las máquinas Goldschmidt se utilizaron desde 1910 hasta aproximadamente 1930 como transmisores en unas pocas estaciones de radio de onda larga de "superpotencias" centrales, que no se utilizaban para radiodifusión sino para telegrafía inalámbrica , para transmitir mensajes telegráficos en código Morse a estaciones similares en otras naciones de todo el mundo. Solo los transmisores de alternador como el Goldschmidt y el Alexanderson podían producir las altas potencias (50 a 200 kW) necesarias para comunicarse de manera confiable a distancias transoceánicas. El Goldschmidt era un diseño menos utilizado, utilizado principalmente en estaciones europeas. Las estaciones en sí mismas se parecían a una central eléctrica, con grandes motores eléctricos que hacían girar los zumbantes alternadores, que estaban conectados a través de enormes bobinas de carga a enormes sistemas de antenas de cable que se extendían por kilómetros, suspendidos en torres de acero.
Alrededor de 1900 se advirtió que la tecnología existente para generar ondas de radio , el transmisor de chispa , era inadecuada porque generaba ondas amortiguadas . Se hicieron esfuerzos para diseñar un transmisor que generara ondas continuas sinusoidales , porque podían recibirse a un mayor alcance, y también podían modularse para transmitir audio (sonido) además del código Morse . En 1891, Frederick Trouton señaló que si un generador de CA ( alternador ), que produce corriente alterna , pudiera construirse para que funcionara lo suficientemente rápido, con suficientes polos magnéticos en su armadura , generaría corriente alterna en el rango de frecuencia de radio . Si es el número de pares de polos y es la velocidad de rotación en revoluciones por segundo, la frecuencia en hercios de la corriente producida por un alternador es
Varios investigadores, comenzando por Elihu Thomson y Nikola Tesla , habían intentado construir alternadores de radio, pero no habían podido producir frecuencias superiores a 15 kHz debido a los problemas de ingeniería que suponía construir una máquina con muchos polos que girara lo suficientemente rápido. [4] En 1906, Reginald Fessenden y Ernst Alexanderson de General Electric comenzaron a resolver los problemas y a construir alternadores que pudieran producir frecuencias en el rango de radio, superiores a 20 kHz. Sin embargo, el alternador Alexanderson funcionaba a velocidades extremadamente altas; para alcanzar los 100 kHz con un rotor de 300 polos se necesitaba una velocidad de rotor de 20.000 RPM, que estaba en el límite de la capacidad de ingeniería de la época. [4] No fue hasta 1916 cuando las máquinas Alexanderson alcanzaron la alta potencia necesaria para la comunicación transatlántica, y eran extremadamente complejas y caras.
En 1908, el ingeniero de Westinghouse Rudolph Goldschmidt ideó un método complejo para permitir que un alternador generara alta frecuencia sin requerir velocidades excesivas. [1] Su técnica consistía en explotar la resonancia y la característica de saturación no lineal del rotor de hierro para utilizar el alternador como multiplicador de frecuencia y generador. [1] [3] [5] Al conectar circuitos sintonizados llamados circuitos "reflectores" a los devanados del estator y del rotor, Goldschmidt descubrió que se podía hacer que un alternador produjera potencia de salida a un múltiplo ( armónico ) de su frecuencia de rotación fundamental . [3] La frecuencia de salida del alternador Goldschmidt era
donde era un entero pequeño, el número armónico. estaba limitado a 4 en la mayoría de las máquinas prácticas, ya que las pérdidas debidas al flujo de fuga aumentaban rápidamente al aumentar . Por lo tanto, una máquina Goldschmidt de 100 kHz con = 300 polos requeriría una velocidad de rotor de solo = 5000 RPM, una cuarta parte de la de una máquina Alexanderson equivalente. Se podía lograr una eficiencia del 80%, pero para mantener el flujo de fuga lo suficientemente bajo para lograrlo, la máquina requería un espacio libre muy estrecho de 0,8 mm entre el estator y el rotor, que podía pesar 5 toneladas y moverse a una velocidad periférica de 200 metros por segundo. [3] [4] Otro desafío era que para reducir las pérdidas por histéresis en el rotor de hierro a frecuencias de radio, tenía que estar hecho de laminaciones de láminas muy delgadas, de 0,05 mm (0,002 pulgadas) de espesor, separadas por hojas de papel, [3] por lo que el rotor era más de 1/3 de papel. Nunca se había utilizado un rotor de esta construcción en una máquina grande. El límite de frecuencia de salida de los alternadores Goldschmidt, así como de otras tecnologías de alternadores, era de unos 200 kHz. Los problemas mecánicos acabaron limitando el uso de las máquinas Goldschmidt.
La máquina fue desarrollada y fabricada por la empresa alemana Hochfrequenz-Maschinen Aktiengesellschaft für Drahtlose Telegraphie ("Homag") y se utilizó principalmente en Europa. La máquina Goldschmidt, al igual que la Alexanderson y otros transmisores de alternador, se utilizó principalmente para estaciones de onda larga de alta potencia que transmitían mensajes de radiotelegrafía , tanto estaciones comerciales que manejaban tráfico privado como estaciones navales que mantenían a los gobiernos en contacto con sus colonias y flotas navales. La primera máquina Goldschmidt en el Reino Unido, un transmisor de 12 kW y 60 kHz, se instaló en Stough en 1912. [1] Una unidad de 100 kW y 400 polos (arriba de la página) se puso en funcionamiento en Eilvese, Neustadt-am-Ruebenberger, Alemania, y la primera máquina en los EE. UU. fue una unidad similar de 120 kW, 400 polos y 40,5 kHz en Tuckerton, Nueva Jersey. [3] La máquina Eilvese fue el principal canal de comunicación de Alemania con el mundo durante la Primera Guerra Mundial , y fue utilizada por el Káiser Guillermo II y el presidente estadounidense Woodrow Wilson para negociar el armisticio que puso fin a la guerra.
El apogeo de los grandes transmisores de radio con alternador se produjo alrededor de 1918. La Primera Guerra Mundial había hecho patente a las naciones la importancia estratégica de la comunicación por radio, ya que sin ella podían quedar fácilmente aisladas por los enemigos que cortaban sus cables telegráficos submarinos . Esto precipitó un auge de la construcción de posguerra de grandes estaciones de radio con alternador transcontinentales. Sin embargo, estos costosos colosos estaban obsoletos incluso cuando se instalaron. La invención del tubo de vacío de triodo en 1906 por Lee De Forest , y el circuito oscilador de retroalimentación en 1912 por Edwin Armstrong y Alexander Meissner , hicieron posible transmisores de tubo de vacío más pequeños y económicos que, al final de la Primera Guerra Mundial, podían producir tanta potencia de radio como los alternadores. En 1921, la Marconi Co. había instalado transmisores de tubo de vacío de 100 kW para el tráfico de mensajes transatlánticos en sus estaciones de Carnarvon, Gales y Glace Bay, Terranova. Debido a sus enormes costos de capital, los transmisores de alternador antiguos siguieron en uso durante la década de 1930 y se utilizaron en la Segunda Guerra Mundial para comunicarse con submarinos. No se sabe cuándo se retiró la última máquina Goldschmidt.
El alternador Goldschmidt fue uno de los varios tipos de máquinas rotativas de "alternador de radiofrecuencia" utilizadas como transmisores de radio durante las dos primeras décadas del siglo XX. [6] [3] [7] [4] Los transmisores de alternador producían una señal "más limpia" con menos armónicos que su principal competidor, el transmisor de arco de Poulsen , por lo que se utilizaron en las estaciones de radiotelegrafía de mayor potencia. [8] Las máquinas se diferenciaban en cómo resolvían el problema fundamental de producir frecuencias suficientemente altas sin exceder las capacidades mecánicas de las máquinas rotativas: [9]
Alexanderson Goldschmidt Joly Arco.
