Рассказы об электричестве
Шрифт:
«Воды Неккара» во Франкфурте-на-Майне
Конец XIX века характеризуется значительной централизацией капиталистического производства. Все крупнее становятся фабрики и заводы, все большее количество рабочих трудится на них. Крупные предприятия отныне требовали мощных сгустков энергии. И нужно было научиться их концентрированно производить и передавать к месту потребления. Таким образом, энергетическая задача перерастала в задачу экономическую. Как же ее решать?
Возможны были два пути: первый заключался в совершенствовании передачи постоянного тока, второй — в поисках и разработке конструкции двигателя переменного тока. Построить его можно было, используя известные свойства вращающегося магнитного поля, которое создается с помощью многофазных токов. Второй путь оказался проще, и это направление обогнало первое, затормозив развитие энергетической техники постоянных токов на долгое время.
С чего же начиналась техника трехфазных токов? Еще в 1824 году уже знакомый нам физик Араго демонстрировал своим коллегам по Парижской академии наук интересное явление, названное им «магнетизмом вращения». Он вращал постоянный магнит, установленный под подвешенным медным диском. И немагнитный медный диск тоже приходил во вращение. Академики немало дивились чудесному и загадочному феномену…
Полвека спустя (в 1879 году) английский физик В. Бейли заставил вращаться медный диск в меняющемся магнитном поле неподвижных электромагниту. Он доказал, что, будь таких электромагнитов бесконечное множество, магнитное поле стало бы равномерно вращающимся…
Однако больше всех для понимания причин вращения магнитного поля сделали итальянский профессор Г. Феррарис и югославский инженер Н. Тесла. Независимо друг от друга они пришли к сходным результатам и почти одновременно выступили в 1888 году с докладами о своих работах…
Представьте себе две одинаковые катушки, расположенные перпендикулярно друг другу и питаемые обычным переменным током. Условие одно: чтобы ток в одной катушке опережал ток в другой на четверть периода (на 90°). Другими словами, когда ток в одной из катушек равен нулю, ток в другой — максимален.
Если внутрь этих катушек поместить магнитную стрелку, то она тут же начнет быстро-быстро вращаться, следуя за вращающимся магнитным полем внутри катушек.
Феррарис поместил внутри катушек медный цилиндр, получив таким образом по существу двухфазный асинхронный двигатель. Цилиндр играл роль ротора двигателя.
Тесла описал различные многофазные системы. Однако и он считал наиболее целесообразной — двухфазную… Она и была принята на огромной для своего времени Ниагарской гидроэлектростанции, построенной в Америке, а также еще в нескольких установках в Европе. Однако по прошествии короткого времени трехфазные системы, распространившиеся в Европе, доказали свои преимущества и заставили американцев переоборудовать «системы Тесла» на трехфазный ток.
Самые большие достижения в области практического применения трехфазного тока выпали на долю русского инженера Михаила Осиповича Доливо-Добровольского, работавшего шеф-электриком, а потом и техническим директором на бурно развивавшейся в тот период берлинской фирме «АЭГ».
Михаил Осипович Доливо-Добровольский родился в 1862 году в пригороде Петербурга в семье чиновника. Увлеченный еще в реальном училище химией, он поступил на химический факультет Рижского политехнического института. Но окончить учебу здесь ему не удалось. За участие в студенческих беспорядках он был исключен из института без права поступления в другие высшие учебные заведения. Чтобы получить высшее образование, Михаил Осипович уезжает в Германию, где оканчивает Дармштадтское высшее техническое училище.
Именно в эти годы в науке и технике происходили бурные события. С одной стороны, электрические явления объединялись в отдельную отрасль физики, а с другой — возникла новая отрасль техники — электротехника. Новые научно-технические идеи не обошли и любознательного русского студента. Михаил Осипович сначала остается преподавателем в том же училище, которое и окончил, а потом переходит в фирму «АЭГ».
Все дальнейшие годы, занимаясь производственно-технической инженерной деятельностью, М. О. Доливо-Добровольский не оставляет научных изысканий и изобретательской работы. В марте 1889 года он сделал патентную заявку на асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором, обмотка которого была выполнена в виде «беличьего колеса». Это изобретение выдвинуло русского ученого-изобретателя в первые ряды специалистов-электриков мира.
Трехфазный двигатель Доливо-Добровольского привлек к себе всеобщее внимание. Он был конструктивно наиболее прост и обладал вполне приемлемыми рабочими и пусковыми характеристиками.
В последующие годы М. О. Доливо-Добровольский получил еще несколько патентов на трехфазные трансформаторы, двигатели и генераторы. Причем интересно отметить: его конструкция трансформатора до последнего времени сохранилась практически без каких-либо принципиальных изменений.
Фактически Доливо-Добровольский разработал все основные элементы трехфазной системы переменного тока. И когда в 1891 году устроители Международной электротехнической выставки во Франкфурте-на-Майне решили произвести сравнение имеющихся систем передачи электроэнергии разных типов, система трехфазного тока вышла безусловной победительницей. А произошло это так…
Километрах в десяти от Гейльбронна, на реке Неккаре, расположено небольшое местечко Лауфен. Воды реки Неккара исправно доставляли энергию небольшому цементному заводу Лауфена. Причем заводовладельцы весьма огорчались, что не могут использовать «всю силу» водопада на месте. Заводик был весьма маломощным. А нельзя ли продать энергию реки? Вряд ли такая мысль пришла бы кому-либо в голову даже десять лет назад. Но теперь… Практичные заводовладельцы решили осчастливить близлежащий промышленный Гейльбронн и построить там линию передачи… постоянного тока. Однако Оскар фон Миллер, строитель всей сети, предложил воспользоваться новой системой трехфазного тока, разработанной Доливо-Добровольским. Дирекция выразила согласие.
А тут как раз подоспело время франкфуртской выставки, и возник грандиозный по тем временам план попытаться передать энергию из Лауфена во Франкфурт-на-Майне, на расстояние 175 километров! Таких опытов еще никто не производил.
К тому времени на неккарском водопаде были установлены три турбины мощностью по 300 лошадиных сил. Энергию одной из них и решили отправить в далекое путешествие на выставку. Проект принадлежал М. О. Доливо-Добровольскому, который брался осуществить его силами фирмы «АЭГ».