Deze klok maakte elektriciteitsnetwerken mogelijk

Op 23 oktober 1916 bracht een ingenieur genaamd Henry E. Warren stilletjes een revolutie teweeg in de krachtoverbrenging door een elektrische klok te installeren in de L Street-generatorcentrale van Boston’s Edison Electric Illuminating Co. een zelfstartende motor gecombineerd met een slinger die ervoor zorgt dat de AC-elektriciteit van het station op een constante frequentie van 60 cycli per seconde blijft.

Naarmate meer energiecentrales klokken gingen gebruiken, zorgde de frequentieregulering ervoor dat ze elektriciteit konden delen en een onderling verbonden elektriciteitsnet konden creëren. Tot eind jaren veertig klokken op stations van Warren Telechron Co. zij regelden meer dan 95 procent van alle Amerikaanse elektriciteitsleidingen. De bovenaan getoonde Telechron Model Type E hoofdstationklok werd vanaf de jaren dertig gebruikt in de Tennessee Valley Authority.

De 60 hertz-standaard (of 50 hertz in het grootste deel van de rest van de wereld) wordt tegenwoordig als vanzelfsprekend beschouwd, maar in de begindagen van de elektrificatie – vóór de uitvinding van de hoofdstationklok – was de standaard zelden een standaard. En Warren, die uiteindelijk het probleem met de netfrequentie oploste, was eigenlijk bezig met een andere puzzel toen hij het antwoord tegenkwam.

Hoe Warren-klokken de frequentie van het netwerk regelden

Henry E. Warren poseert met een van zijn hoofdstationklokken. Tegen het einde van de jaren veertig regelden de klokken van zijn bedrijf meer dan 95 procent van de Amerikaanse elektriciteitsleidingen.Elektrisch Tijd Co.

Henry Ellis Warren werd geboren in Boston op 21 mei 1872, tien jaar voordat Edison’s Pearl Street Station in New York City online ging en het begin van het elektrische tijdperk inluidde. Hij studeerde in 1894 af aan het MIT met een graad in elektrotechniek, en in de loop van dat jaar diende hij (samen met zijn vriend George C. Whipple, die expert op het gebied van waterzuivering en medeoprichter van de Harvard School of Public Health werd) een aanvraag in voor hun eerste patent: een elektrische thermometer bedoeld voor temperatuurmeting op afstand of op ontoegankelijke plaatsen.

Warren bleef in Michigan werken als ingenieur voor de Saginaw Valley Traction Co. en keerde in 1902 terug naar Boston als hoofdinspecteur van de Lombard Governor Co. Hij hield zich bezig met onroerend goed, richtte een machinewerkplaats op, ging door met het patenteren van uitvindingen en organiseerde Warren Gear om zijn apparaten te produceren en verkopen.

In 1912 richtte Warren de Warren Clock Co. op, die op batterijen werkende klokken vervaardigde. Zijn oorspronkelijke ontwerpen, zoals beschreven in een reeks patenten, waren voor een slingeruurwerk met een permanente magneet zoals een bob (dat is het gewicht aan de onderkant van de slinger). De batterij zou een elektrische impuls geven om de slinger te laten zwaaien, waarbij het circuit zou worden geopend en gesloten, afhankelijk van de amplitude van de slingerbeweging. Helaas waren deze vroege horloges slechte tijdwaarnemers; hun vermogen om de tijd bij te houden ging samen met de batterij achteruit. Warren was op zoek naar een betere aanpak en vermoedde dat elektromotoren het antwoord zouden kunnen zijn.

In Warren’s eigen verhaal was zijn eerste poging tot een elektrische chronometer een ruwe motor die de kloktandwielen verbond met het elektrische systeem van Boston Edison. Toen hij ontdekte dat de klok nog steeds 10 tot 15 minuten per dag achteruitging, belde hij de elektriciteitscentrale van Edison – zoals blijkbaar in 1915 gebeurde – en vertelde hen beleefd dat hun frequentie ongeveer een halve cyclus afwijkend was. Ze wierpen tegen dat hun instrumenten correct waren, en Warren suggereerde dat de laboratoriumnormen die ze gebruikten om hun meters te controleren, verkeerd moesten zijn.

Het gesprek had daar kunnen stoppen, maar Robert Hale, een onderzoeksingenieur, nam de bezorgdheid serieus en hielp Warren met het opzetten van een experimentele demonstratie op L Street Station. Daar ontwierp, bouwde en installeerde Warren een instrument dat hij de Warren Master Station Clock noemde. Op 23 oktober 1916 werd het in gebruik genomen, waardoor een revolutie in de energietransmissie mogelijk werd.

Deze frequentiemetingen van Commonwealth Edison zijn eerder gedaan [top] en daarna [bottom] installatie van de Telechron hoofdstationklok.Elektrisch Tijd Co.

Deze verkorte versie van de gebeurtenissen logenstraft het feit dat Warren al meer dan tien jaar werkte aan manieren om klokken te regelen en aan het bouwen van een betrouwbare, zelfopwindende synchrone motor. Klokken en synchrone motoren gaan hand in hand. Bij een synchrone motor draait de as met dezelfde wisselstroomfrequentie als de elektrische stroom; ervan uitgaande dat de stroom stabiel is, zou het ideaal zijn voor een klok. Maar om zijn elektrische klok nauwkeurig te laten zijn, had Warren een nauwkeurige en stabiele stroom nodig, vandaar de klok van het hoofdstation.

In 1916 richtte de Warren Clock Co. begon met de productie van de hoofdstationklok van het type A, wat eigenlijk twee klokken op één klok zijn. De wijzerplaat is verdeeld in vijf sectoren van 1 minuut en heeft twee wijzers, een zwarte en een gouden. De zwarte wijzer is verbonden met een standaard mechanische slingeruurwerk; de gouden hand wordt aangedreven door een synchrone motor. Beide wijzers cirkelen rond de klok met een snelheid van 60 seconden per minuut. Om de klok af te lezen hoefde de telefoniste alleen maar te controleren of de twee wijzers synchroon liepen; dit zou betekenen dat de generatoren op precies 60 hertz draaien.

De hoogtijdagen van Warren’s elektrische horloges

De Master Station Clock loste Warrens probleem op om betrouwbare elektrische klokken te maken voor gebruik in huizen en apparaten. Maar de netbeheerders zouden dit niet hebben geaccepteerd als ze niet hun verenigende wens hadden gehad om een ​​onderling verbonden elektriciteitsnet te vormen.

Die wens werd prachtig verwoord door elektrotechnisch ingenieur Benjamin Lamme in 1918 in een presentatie voor de afdeling Washington, DC van het American Institute of Electrical Engineers (een van de oprichters van de IEEE). In zijn toespraak “The Technical Story of Frequencies” presenteerde hij de geschiedenis van de afgelopen decennia, waarin fabrikanten en energiebedrijven verschillende frequentiestandaarden bespraken en zich eraan aanpasten.

In het begin, toen het jonge elektriciteitsbedrijf nog maar enkele klanten bediende, was er weinig behoefte aan een nationale standaard. Maar toen de vraag naar elektriciteit voor zowel de industrie als de woningbouw groeide, werd de behoefte cruciaal. Warren’s hoofdcelklok arriveerde precies op het juiste moment. (Warren ontving later de AIEE’s Lamme-medaille voor zijn “uitstekende bijdragen aan de ontwikkeling van elektrische klokken en middelen om de frequenties van centrale stations te controleren.”)

1935 Henry Warren [right] hij ontving een medaille van het Franklin Institute in Philadelphia voor de uitvinding van de synchrone motor van Telechron. Ook Albert Einstein werd geëerd [middle]voor zijn bijdrage aan de theoretische natuurkunde. Bettmann/Getty Images

Een andere reden waarom energiecentrales de hoofdklok adopteerden, was winst. Bedenk dat Warren aanvankelijk aan een elektrische klok voor thuis werkte en een grootse visie had dat elk huishouden er uiteindelijk een zou bezitten. Meer elektrische klokken betekenden meer elektriciteitsverbruik, wat meer inkomsten voor de energiebedrijven betekende. In een artikel uit 1937 dat Warren voor de Clock Club in Boston las, schatte hij dat een energiebedrijf 75.000 dollar (ongeveer 1,6 miljoen dollar vandaag) zou kunnen verdienen als elk van zijn 100.000 klanten 24 uur per dag een elektrische klok zou gebruiken. Warren had veel over zijn eigen bedrijf nagedacht en wilde nutsbedrijven erbij betrekken.

Er waren verschillende versies van de mobiele klok. In 1920 werd de goedkopere (en minder nauwkeurige) hoofdstationklok Model B geïntroduceerd voor zelfstandige installaties die niet op het bredere elektriciteitsnet waren aangesloten. Het jaar daarop introduceerde het bedrijf de Type C-klok voor gebruik in de weinige overgebleven gelijkstroomcentrales. Volgens een ongelooflijk informatieve website die wordt onderhouden door horlogeliefhebber Mark Frank, bestond de Type D als een intern testapparaat en is hij nooit in productie gegaan. Het uiteindelijke model, de Type E, werd uitgebracht in 1929. Het fungeerde als referentiemonitor voor meerdere onderling verbonden netwerken.

In een advertentie uit 1929 voor elektrische horloges van Telechron wordt het gebruik van “nauwkeurig getimede pulsen van een energiecentrale” aangeprezen. Telechron/Telechron.net

Vanaf de jaren vijftig verving verbeterde elektronica de elektromechanische hoofdstationklokken. Tegenwoordig gebruiken elektriciteitscentrales atoomklokken om de netfrequentie te regelen.

In 1917 kocht General Electric een belang van 49 procent in de Warren Clock Co. Warren bleef president tot aan zijn pensionering in 1943. GE integreerde de zelfstartende synchrone motoren van Warren in zijn klokken en andere instrumenten en gaf de motoren in licentie aan andere bedrijven. In 1926 werd het bedrijf omgedoopt tot Warren Telechron Co. Na de pensionering van Warren nam GE Telechron volledig in zijn bedrijf op en vormde uiteindelijk een horloge- en tijdwaarnemingsdivisie.

Op zijn hoogtepunt had Telechron een groot deel van de markt voor elektrische klokken voor thuisgebruik in handen – in 1926 had het bedrijf 20 miljoen klokken verkocht. Maar tegen de jaren vijftig begonnen klokken met verbeterde batterijen en oscillerende kwartskristalresonatoren de elektrische consumentenklokken te vervangen die waren gesynchroniseerd met het elektriciteitsnet. De komst van digitale horloges bezegelde de deal. GE verkocht zijn laatste Telechron-fabriek in 1979.

Tegenwoordig leeft de erfenis van Telechron voort in de Electric Time Co. in Medfield, Massachusetts, die in 1928 werd afgesplitst van de onderzoekslaboratoria van Telechron. Tegenwoordig produceert Electric Time op maat torenklokken, straatklokken en bouwklokken. Het herbergt ook het Electric Clock Museum, waar u een afspraak kunt maken om de Telechron Type E-hoofdklok te bekijken.

Deel a vervolg van de seriekijken naar historische artefacten die het grenzeloze potentieel van technologie omvatten.

Een verkorte versie van dit artikel verschijnt in de gedrukte editie van maart 2024 als “Clock and Grid”.