100 знаменитых изобретений
Шрифт:
Таким путем была найдена связанная трехфазная система, у которой та особенность, что она требует для передачи и распределения электроэнергии только трех проводов. В двухфазной системе Теслы также имелась возможность обойтись тремя проводами, однако достоинства симметричной связанной трехфазной цепи подкреплялись другими преимуществами. Например, на три провода в трехфазной системе при прочих разных условиях требовалось затратить металла на 25 % меньше, чем на два провода в однофазной системе. Эта очевидная экономия меди в значительной мере способствовала решению вопроса о выборе системы тока в пользу трехфазной системы.
Весной 1889 г. был построен первый трехфазный асинхронный двигатель мощностью
Новое затруднение в развитии техники трехфазного тока возникло в связи с ограниченной мощностью первых источников тока: как отдельных генераторов, так и электростанций в целом. При пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором пусковой ток может в несколько раз превышать номинальный. Чем больше начальный пусковой ток в сравнении с номинальным током и чем больше двигателей включается в какую-либо сеть, тем больше должна быть мощность этой сети, чтобы включение двигателей меньше отражалось на работе других потребителей. Уже в случае применения машин мощностью свыше 2–3 кВт нужны специальные меры для уменьшения бросков тока и связанного с этим снижения напряжения в сети.
М. О. Доливо-Добровольский в 1890 г. изготовил двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 3,7 кВт и при первом же испытании установил значительное ухудшение пусковых свойств. Причина этого, согласно определению изобретателя, заключалась в том, что короткозамкнутый ротор был «слишком замкнут накоротко». При увеличении сопротивления обмотки ротора пусковые условия заметно улучшались, но рабочие характеристики двигателя ухудшались. Анализ возникших затруднений привел к созданию так называемого фазного ротора, т. е. такого ротора, обмотка которого делается, подобно обмотке статора, трехфазной и концы которой соединяются с тремя кольцами, насаженными на вал. С помощью щеток эти кольца соединяются с пусковым реостатом. Таким образом, в момент пуска включается в цепь ротора большое сопротивление, которое выводится по мере нарастания скорости. Но фазный ротор требовал устройства на валу двигателя контактных колец, и это рассматривалось многими электротехниками как недостаток по сравнению с короткозамкнутым ротором, не имеющим никаких трущихся контактов. Однако с этим пришлось мириться, и, несмотря на то что впоследствии были разработаны различные меры для улучшения условий пуска крупных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, двигатели с контактными кольцами широко применяются в промышленности до настоящего времени.
Благодаря своим превосходным показателям двигатели конструкции Доливо-Добровольского получили широкое распространение. Вот тогда и началась электрификация всех отраслей промышленности.
Электронно-вычислительная машина
Возрастание количества вычислений в XIV–XVI вв. требовало увеличения скорости вычислений. В 1614 г. шотландец Дж. Непер выпустил первые таблицы логарифмов, содержавшие 8-значные логарифмы синусов, косинусов и тангенсов для углов от 0 до 90°. В 1623 г. английский математик Э. Гантер изобрел логарифмическую линейку. Это была логарифмическая шкала, на которой сложение отрезков производилось с помощью циркуля. В 1630 г. англичанин У. Отред заменил циркуль второй линейкой (движком).
В 1645 г. французский физик Блез Паскаль построил суммирующую машину, модифицированную в 1694 г. немецким ученым Лейбницем. Именно Лейбниц предложил двоичное исчисление, применяемое в современных электронно-вычислительных машинах. Его суть заключается в том, что вместо 10 знаков, как в десятичной системе, для записи числа применяются всего два: 0 и 1.
Истинным предком современной электронной
В 1834 г. появилась новая наука – аналитическая механика, изучавшая принципы управления ходом вычислений в счетных машинах, подобно тому как сегодня это делается с помощью машинных программ. В то время электрические сигналы еще не применялись, и информация проходила по устройству через систему зубчатых колес, а источником энергии был масляный привод. Вычислительная машина, спроектированная Бэббиджем, была несовершенна по своему техническому уровню и не была доведена до конца. Тем не менее, замысел Бэббиджа впоследствии лег в основу современных компьютеров.
Во II половине XIX в. стали применяться различные механические и электромеханические счетные устройства. Они служили главным образом для ускорения вычислений в бухгалтерии и статистике. В 1878 г. в России П. Л. Чебышев сконструировал оригинальную суммирующую машину типа арифмометра для сложения и вычитания, дополнив ее вскоре устройством для умножения, что позволило выполнять все четыре арифметические действия. В 1874 г. в России инженер В. Т. Однор сконструировал новый арифмометр, применив в нем более совершенный установочный механизм.
В 1887 г. была создана первая клавишная суммирующая машина – комптометр Фельта. Одной из первых цифровых систем управления, использующих принципы счетно-машинной техники, явилась система управления (правда, довольно примитивная) в ткацкой машине французского изобретателя Ж. М. Жаккара. В середине 1880-х годов он разработал специальное приспособление к ткацкому станку. Лента с отверстиями, расположенными в определенном порядке, управляла механизмом станка, предназначенного для выработки крупноузорчатых тканей, причем в соответствии с расположением отверстий на ленте получались и соответствующие узоры.
В 1889 г. американец Холлерит построил систему для работы с перфокартами, работающую на механическом принципе. Она предназначалась для обработки статистической информации. Через год эта система вступила в строй. В 1896 г. Холлерит учредил акционерное общество, известное сегодня как фирма IBM.
Создание математических устройств, оперирующих не числами, а непрерывно меняющимися величинами, было вызвано потребностями землеустройства и геодезии (например, для измерения площадей криволинейных фигур) еще в середине XIX века.
Такими машинами были планиметры русского инженера П. А. Зарубина и немецкого изобретателя Л. Амслера, созданные в 1854 году.
Первая в мире математическая машина для интегрирования дифференциальных уравнений была создана академиком А. Н. Крыловым при участии механика Р. М. Ветцера в 1911–1912 гг. в Петербурге. В ней были применены механические суммирующие, множительные и интегрирующие устройства. В основном эта машина была сходна с более поздними устройствами для решения дифференциальных уравнений – дифференциальными анализаторами (механическими интегрирующими машинами). В США над аналогичными машинами работал В. Буш, создавший свой первый дифференциальный анализатор в 1925 году. В СССР в 1938 г. был сконструирован механический дифференциальный анализатор с шестью фрикционными интеграторами. Подобные машины, в которых информация представлена в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных физическими величинами, называются аналоговыми вычислительными машинами.