Ove godine ( 10. jula ) navršava se 160 godina od rođenja slavnog naučnika i nenadmašnog genija Nikole Tesle ( 1856 – 1943. ), američkog državljanina srpskog porekla. “Tesla je postao neka vrsta legendarne ličnosti popularne masovne globalne kulture i heroj koji je na neki čudan način umeo da rešava probleme sveta” ( Branimir Jovanović, direktor Muzeja na nedavno održanoj proslavi rođenja Nikole Tesle ). U SAD se koristi električna mreža napona 110 V i frekvencije 60 Hz, dok u Evropi i ostalom delu sveta uglavnom od 220 V i 50 Hz. Zašto je to tako, jednostavno je pitanje za koje je teško naći adekvatan odgovor!
Tomas Alva Edison ( 1847-1931. ) je upotrebljavao jednosmernu struju za svoje poslove sa osvetljavanjem gradskih sredina i pogonom nekih mašina na jednosmernu struju. Prenos jednosmerne struje na velike udaljenosti je neefikasan, pa je Edison brzo utvrdio da njegove sijalice na 110 V nisu davale mnogo svetlosti kada su radile na 85 V, što je bila posledica pada napona duž vodova. Zato je unajmio mladog inženjera po imenu Nikola Tesla, koji je u glavi imao gotove planove za generator naizmenične struje kojim bi se eliminisali komutator i četkice, neophodni za rad diname ( generatora jednosmerne struje ).
Tesla je osećao da se naizmenična struja može efikasnije prenositi na velike udaljenosti podizanjem napona na strani generatora, usled čega bi se smanjili omski gubici na prenosnom vodu ( liniji ), a zatim snižavanjem napona na strani potrošača. Predložio je Edisonu da poboljša postojeće diname jednosmerne struje, a Edison je na to odgovorio: „Ima u tome 50.000 dolara, ako to možete izvesti!“ Tesla je radio dugo vremena razvijajući 24 različita tipa dinama, a zatim je zatražio obećani novac. Edison je poslovično odgovorio: “Vi ne razumete naš američki humor”, i tako negirao dato obećanje. Tesla je nakon ovoga ubrzo otišao.
On, u to vreme ekonomske krize zapada, nije mogao da dobije posao u elektroindustriji, pa je morao da kopa kanale da bi preživeo. Njegov poslovođa je ubrzo shvatio da je Tesla školovan i veoma talentovan čovek, pa mu je finansijski pomogao da osnuje sopstvenu kompaniju “Tesla Electric Company”. Kada je počeo da radi za sebe Tesla je proizveo tri kompletna sistema za naizmeničnu struju, za monofazne, dvofazne i trofazne generatore, transformatore za transformisanje napona, odnosno struje, a takođe i motore za pogon mašina.
Različit od Efdisona, koji je bio “intuitivni” pronalazač, Tesla je bio vrhunski teoretičar koji je u potpunosti razradio matematičku teoriju koja će biti plodna osnova za sve njegove pronalaske. Ima ih oko 1.000, a 700 je patentirao. Neki Teslini pronalasci su pokradeni ( pronalasci o bežičnom prenosu - radiofonija ).
Razrađujući polifazne sisteme električne struje, Tesla dolazi do zaključka da je optimalna frekvencija mreže 60 perioda ( Hz ) u sekundi. Zatražio je i u startu dobio sedam osnovnih patenata za svoje nove pronalaske, a onda je bio zamoljen da maja meseca 1888. godine održi čuveno predavanje u Američkom institutu elektroinženjera. Ovo predavanje postalo je klasika u elektrotehnici.
U međuvremenu Džordž Vestinghaus shvata vrednost Teslinog rada i nudi mu milion dolara za njegove patente i pored toga još i dolar po svakoj konjskoj snazi za svaki motor i generator koji proizvede, plus izdašnu platu da radi za njega u Pitsburgu ( Pensilvanija ). Tesla je prihvatio grandioznu ponudu, mada je posle pocepao ček sa ogromnim iznosom, uz kratak komentar da ga novac ne interesuje, imajući veliko razumevanje prema čoveku koji mu je pomogao kada su ga mnogi izbegavali. Navedeni gest spasio je Vestinghausa od finansijskog kraha.
U jednom periodu “rata struja” u SAD su postojale mreže sa nekoliko različitih frekvencija. Treba se podsetiti da su prvi generatori pokretani kaišem sa parnih mašina, što je omogućavalo da se generatori okreću prilično velikom brzinom. Pojavom motora sa direktnim pogonom ( kasnije turbine ) i korišćenjem hidro-generatora direktno spregnutih sa osovinama koje se obrću malom brzinom, postalo je očigledno da su potrebni mnogi parovi polova da bi se proizvodila struja viših frekvencija. Treperenje izvora svetlosti u ritmu 50 puta u sekundi ( 50 Hz ) ispod je brzine pri kojoj, zbog prirodne tromosti čovečijeg oka, može da se učini da vidljiva svetlost izgleda stalnom.
Edison se borio protiv upotrebe naizmeničnih struja do kraja života. On je izvodio eksperimente sa ubijanjem pasa i konja da bi pokazao da je naizmenična struja opasnija od jednosmerne, a kada je država Njujork izvršila prvu egzekuciju koristeći naizmeničnu struju u električnoj stolici, propagatori jednosmerne struje smatrali su ovo svojom velikom pobedom. Međutim, kada je Vestinghaus napajao svetsku izložbu u Čikagu 1893. godine naizmeničnom strujom, a zatim dobio ugovor za hidrocentralu na Nijagarinim vodopadima, koja je slala energiju u Bufalo i Njujork, 20 milja daleko, bitka između naizmenične i jednosmerne struje završena je u korist naizmenične, što je Nikolu Teslu učinilo još slavnijim.
U Muzeju Nikole Tesle, prošle godine, na dan rođenja slavnog naučnika, otvoren je Istraživački centar koji je, zahvaljujući kompaniji "Samsung", u potpunosti renoviran i opremljen najmodernijom opremom i tehnologijom za brži i lakši pristup naučnim materijalima u digitalnom obliku. U Istraživačkom centru studenti i istraživači iz celog sveta moći će da pregledaju svu bazu originalnih Teslinih rukopisa, beleški i dokumenata i da je koriste za svoje naučne radove i istraživanja. Ove godine predstavljen je audio-vizuelni spektakl pod nazivom “Teslin vremeplov” ( 4D projekcija ) u kojem nas Nikola Tesla svojim rečima vodi kroz svoje naučno oblikovanje, kao i kroz proces rađanja ideje koja potom prerasta u izum. Projekcija je izazvala izuzetno interesovanje kod nas i u svetu.
Ukratko, dakle, u SAD se koristi frekvencija mreže od 60 Hz zbog emigranta Srbina koji se zvao Nikola Tesla – oca indukcionog motora i polifaznog sistema, a napon od 110 V kao uspomena na Tomasa A. Edisona. Na taj način odato je dužno priznanje i Tesli i Edisonu, a pored toga u fizici je utvrđena jedinica međunarodnog ( SI ) sistema za magnetnu indukciju pod nazivom “tesla”, B = Ф/S ( 1T = Wb/m2 ). U navedenoj konstataciji i korelaciji događaja u “ratu struja” krije se odgovor na pitanje zašto se u Americi koristi struja napona 110 V i frekvencije 60 Hz.
Aluminijum ( Al ) je izvanredan materijal za mehaničke konstrukcije, a sve češće se upotrebljava i u elektronici. Lagan je i mekan pa se lako obrađuje, ali ima i jednu „negativnu osobinu“: ne može se lemiti. Malo je poznata jednostavna metoda lemljenja aluminijuma koju može izvesti svako sa prosečno opremljenom radionicom. U početku je taj posao i meni izgledao komplikovano, ali spretnost i dugogodišnja praksa u lemljenju pokazuju da nije baš tako.
Čitav problem proizilazi iz brze, gotovo trenutne oksidacije aluminijuma na njegovoj površini, što sprečava dodir aluminijuma sa sredstvom za lemljenje ( cin, tinol ). Da bi se omogućilo lemljenje, potrebno je na neki način brzo i efikasno sprečiti oksidaciju. Za manje komade ovog metala to se može učiniti vrlo jednostavno. Potrebna je lemilica veće snage ( preko 100 W ), cin, ili tinol, kantica sa mašinskim uljem za podmazivanje i nožić, ili žilet. Delove koje želimo zalemiti prvo ćemo prevući slojem cina, ili tinola na sledeći način: na površinu koju lemimo kapnemo nekoliko kapi mašinskog ulja, tako da se površina potpuno prekrije. Ulje će sprečiti dodir vazduha i aluminijuma i na taj način sprečiti oksidaciju. Žiletom, ili oštrim nožićem preko ulja ostružemo površinu aluminijuma tako da postane sjajna. Ostrugani delovi moraju biti stalno prekriveni sa uljem, jer će u protivnom ponovo doći do oksidacije. Pomoću dobro zagrejane lemilice kapnemo rastopljeni tinol sa visine od 10 mm na ostrugane delove koje spajamo, tako da prekrije sve ostrugane delove, jer će posle izgaranja ulja tinol preuzeti zaštitu površine. Dobro zagrejan vrh lemilice prislonimo na površinu aluminijuma i zagrevamo tako dugo dok ulje ne izgori i tinol se „uhvati“ za aluminijum. Potrebno je snažno lemilo zato što je aluminijum dobar provodnik toplote koja će se brzo prenositi.
Na taj način potrebno je prevući oba dela koje želimo zalemiti (čvrsto spojiti). Kada smo to učinili delove međusobno dodirnemo i ponovo zagrejemo dok se ne spoje. Ako je potreban bolji spoj, možemo dodati još tinola, ili cina. Spoj će biti veoma čvrst i posao je završen. Na kraju, za one koji ne veruju da se i aluminijum može lemiti preporučujem da pogledaju ceo postupak u mom serijalu „Mala škola elektronike“, emisija 9, koja se može preuzeti sa YouTube.
Cena fabričkih punjača akumulatora još uvek je relativno visoka, tako da se za dobrog konstruktora uvek isplati samostalna konstrukcija, uz napomenu da je najskuplja stavka odgovarajući transformator koji će dati potrebnu snagu prilikom punjenja akumulatora većeg kapaciteta. Ukoliko koristimo punjače koji daju izlazni napon preko 14,8 V brzo ćemo upropastiti ćelije akumulatora čiji je napon 12 V, što se često dešava sa punjačima koje smo jeftino nabavili na otpadu, ili na pijaci. Pored dozvoljenog napona, prilikom punjenja treba voditi računa i o jačini struje punjenja od koje zavisi vreme za koje se neki akumulator potpuno napuni. Kapacitet akumulatora izražava se u Ah, a manja jedinica je mAh (miliamper čas ), što moramo imati u vidu kod namenske gradnje punjača ( t = q/I ).
Do sada sam u mom višegodišnjem konstruktorskom radu koristio različite ispravljače i punjače, kako fabričke, tako i samostalne konstrukcije. Dobar ispravljač, figurativno rečeno, je dobar “izvor hrane” za bilo koji uređaj, a posebno za pravilno punjenje akumulatora. Ovim ispravljačem može se podesiti struja punjenja kontinualno od 0,5 A – 7,5 A, za akumulatore od 6 V, ili 12 V, a punjenje se automatski prekida kod napunjenog akumulatora. Na sekundaru mrežnog transformatora potrebno je imati naizmenične napone od 10 V i 20 V ( ili samo jedan od njih, pri čemu ne treba preklopnik za izbor napona) koji se ispravlja u mostu D1 - D4. Napon baze T3 određen je sa R1, P3, D6 i R2, a kako struja kroz tranzistor T4 zavisi od napona baze na T3, sa P3 se podešava jačina struje punjenja akumulatora. Preklopnik Pr1/Pr2 je dvopolni sa kontaktima do 10 A. U položaju “12 V” baza od T1 dobija preko R4 i razdelnika D7, D8 i D9, P1 i R5 takvu polarizaciju da T1 blokira, a time blokira i T2, pa T2 nema uticaja na potenciometar P3. Kada napon akumulatora dostigne oko 14,1 V ( 90% napunjena baterija ), usled nastale pozitivne polarizacije, baza T1 počinje da provodi, a sa njime i T2, usled čega baza od T3 postaje pozitivnija, što dovodi do blokiranja T3, a preko njega i do blokiranja T4, tj. do prekida struje punjenja. Dioda D5 ( 10 A ) sprečava povratnu struju iz akumulatora u ispravljač.
Ako je preklopnik Pr1/2 u položaju “6 V” prestaje dalje punjenje kod napona akumulatora od 7 V. Trimerima P1 i P2 podešava se napon isključivanja kod 14,1 V, odnosno 7 V. Sa C2 i C3 sprečava se pojava neprijatnih VF oscilacija u kolima ispravljača. Zbog velike disipacije oba tranzistora ( T3 i T4 ) treba odvojeno montirati na odgovarajuće hladnjake, što je označeno i na šemi.
Struja punjenja meri se ampermetrom M1 za koji se koristi miliampermetar od 1 mA, koji se preko trimera P4 veže paralelno na R1. Sa P4 baždari se M1 uz pomoć spoljnjeg ampermetra opsega 10 A, koji je vezan između ispravljača i akumulatora. Tranzistori T1 i T2 su tipa BC107, odnosno BC157, D6 - D8 i D10 su tipa BA209, ili BA517, a D1 - D5 su za 10 A tipa BY284. Transformator je motan na jezgru 3,6 x 3,6 cm ( S = 12,96 cm2, P = 168 W ) sa E/I limom broj 7. Primar ima 760 namotaja CuL 0,5 mm, a sekundar 38 + 38 namotaja CuL prečnika 1,6 mm.
Navedena konstrukcija je prilikom rada dala odlične rezultate, ne samo kod stabilnog napajanja većine uređaja, već i kod punjenja akumulatora različitih vrsta i namena. Posebno su na punjenje osetljivi čelični akumulatori. Pravilno dimenzionisana struja i napon punjenja produžuju njihov vek trajanja. Sa ovakvim ispravljačem baterija čeličnog akumulatora ( 12 V, 7 Ah ) me služila preko deset godina, dok sa ispravljačem koji nema stabilan napon i odgovarajuću struju punjenja slična baterija nije mogla da izdrži ni godinu dana. Ovakav sistem je veoma upotrebljiv kod nekih rešenja rezervnog napajanja, ili kod preklapanja mreža-baterija, o čemu sam detaljnije pisao u mojim ranijim člancima.