Гении великого вращения

Данная статья Александра Платонова — это продолжение его материала «Электричество, которое сначала открыли, а затем изобрели».

*  *  *

В природе не существует принципа движения основанного на колесе. На земле все ходит, бегает, ползает, летает, плавает, но не вращается. Вращение энергетически невыгодно. Только человек внес коррективы. Его не устроила скорость перемещения.

Так поступательное движение, например, поршня двигателя, перевели во вращательное движение колеса, чтобы потом снова двигаться поступательно, но быстрее. Чтобы быстрее перелететь океан, нужно было сильнее что-то раскрутить, например, турбину. Все подчинилось принципу «Нас не догонят».

Когда эра тепловой энергии пара достигла своего технологического предела, наступил новый технологический уклад – эра электричества. А ее, в нужных объемах, можно получить только что-нибудь вращая. И появились новые герои.

Борис Якоби

Борис Семенович Якоби, в молодости Мориц Герман Якоби, в 1834 году создал первый практически полезный электродвигатель постоянного тока мощностью 15 Вт, который питался от гальванической батареи. Вскоре император Николай I повелел пригласить профессора Якоби для построения «электрохода» и ассигновал на это дело 50 000 руб. Один крепостной по тем временам стоил 100 руб. (Н. Гоголь «Мертвые души»).

Руководила проектом особая комиссия во главе с адмиралом Иваном Крузенштерном, куда входили ведущие электротехники Эмилий Ленц и Павел Шиллинг.

В 1838 году по Неве уже ходила 8-метровая шлюпка, перевозившая 14 пассажиров. Двигательная установка состояла из 40 электродвигателей с гальванической батареей из цинкоплатиновых элементов весом в 200 кг, с мощностью гребного привода в 550 Вт (около 1 л.с.) и развивавшая скорость 3 версты в час.

Вернер фон Сименс

1867 год стал годом появления совершенной конструкции генератора постоянного тока с самовозбуждением. Такая динамо-машина годилась для использования в стационарных условиях, т.к. ротор что-то должно было вращать, например, паровая машина.

Первые локомотивы Сименса на электрической тяге для движения по железным дорогам появятся в 1879 году. Правда, они двигались за счет гальванических батарей, как сегодняшние электрокары.

Никола Тесла

В 1882 году Тесла совершил, пока только в уме, свое самое главное открытие – придумал вращающееся магнитное поле.

В сущности, он изобрел, хотя еще и не изготовил, электродвигатель переменного тока и обратное устройство – генератор, который потом будет исправно выдавать переменный электрический ток на Ниагарской ГЭС. Но это произойдёт уже в Америке, куда Тесла в 1884 году уедет без гроша в кармане. В тогдашних Северо-Американских Соединённых Штатах изобретатель будет работать у самого Эдисона, настойчиво убеждая его в преимуществах переменного тока перед постоянным.

Ссора между двумя гениями-изобретателями была неизбежна. Они молились разным богам. Все свои великие изобретения Томас Эдисон строил на использовании постоянного тока. Никола Тесла, как показала история, стратегически смотрел дальше.

Не лампочкой единой жив человек. Началась война токов, которая продолжалась до 1928 года. Переменный ток вытеснил постоянный. Победил... нет, не Тесла. Чтобы соперничество шло на равных, надо было иметь потенциал в виде производственной лаборатории как у Эдисона.

Победил промышленник Джордж Вестингауз, выкупивший у Тесла все 40 патентов. Вестингаузу посвящена только одна почтовая марка, на которой изображен локомотив его компании, выпущенный для Лондонской подземки.

Тесла полностью разделял мысль Галилео Феррариса о том, что вращение должно создаваться в двухфазных сетях переменного тока. У обоих патенты относятся именно к ним.

В 1889 году Тесла запатентован асинхронный двигатель с фазным ротором. Чтобы получить переменный ток на обмотки электродвигателя подавался ток со сдвигом по фазе в 90 градусов. Эти коварные 90 градусов! Вскоре эта ошибка будет исправлена, но уже другим изобретателем. А пока был создан двухфазный генератор и, главное, трансформатор.

Трансформатор может работать только на переменном токе, повышая или понижая напряжение. Можно повысить напряжение и уменьшить ток, тем самым уменьшить потери энергии в питающей электрической сети. В этом заключается главное преимущество переменного тока перед постоянным.

И это не принял Эдисон!!! В 1896 году на Ниагаре заработала самая крупная в мире, на тот момент, ГЭС с мощностью в 50 000 л.с.

Доливо-Добровольский

Утечка мозгов за рубеж была всегда. Михаил Осипович Доливо-Добровольский, работавший в немецкой компании AEG, ознакомившись с лекцией Галилео Феррариса о переменном токе, подумал: «Зачем использовать двухфазные электродвигатели? Непрактично! Можно сделать трехпроводную сеть». Работа закипела. Ток стал трехфазным, потому что обмотки в статоре стали располагаться под углом в 120 градусов. У Теслы к электродвигателю подходило четыре дорогих медных провода, а будет только три. Ротор стал совсем беспроводным в виде беличьей клетки, заполненной листовой сталью. Так боролись с токами Фуко.

В итоге, в 1890 году была продемонстрирована работа генератора и асинхронного двигателя. Через год были спроектированы трехфазные трансформаторы. В 1891 году AEG уже строит первую трехфазную линию электропередачи, протяженностью 175 км от Лауффена до Франкфурта-на-Майне. Она смогла передать энергию с КПД 75% от генератора ГЭС мощностью 190 кВт.

К началу ХХ века переменный ток практически вытеснил постоянный.

Конечно, дальше стали появляться более совершенные модели электродвигателей: вентильные, где можно регулировать скорость вращения; шаговые Лаве, применяемые в кварцевых часах; серводвигатели для роботостроения и станков с ЧПУ. Каждый займет свою достойную нишу. Но конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, которую придумал Доливо-Добровольский, до сих пор остается самой популярной из-за простоты, надежности и низкой цены.

Александр Платонов

Другие статьи автора: 

С радиацией по жизни

Коллекция без претензий

Что в имени моем тебе…

Из историии мореплавания

Все гениальное просто. Или нет?

Едут-едут по Пекину наши казаки

Созвездие кактусов

Исаак Ньютон и его яблоко

Певец русской природы

А рельсы-то, как водится, у горизонта сходятся

Мятежный «Баунти». По следам золотоносного «Оскара»

Красота и привлекательность Фибоначчи

Из истории изобретения автомобиля

Отсюдова и дотудова. Почему мы так измеряем

Первая энциклопедия математических знаний России

Вильгельм Рентген и его всепроникающие Х-лучи

Самое непростое простое солнечное вещество

От Ламарка до… Ламарка

Электричество, которое сначала открыли, а затем изобрели