Евгений Матонин - Никола Тесла

Сторонники переменного тока, в свою очередь, утверждали — выход в том, что сделал Стэнли. То есть производить переменный ток низкого напряжения, затем повышать его до требуемой величины, передавать на большие расстояния, а на месте снова понижать. Это сделать просто — с помощью трансформаторов. Сейчас переменный ток передают на ЛЭП при напряжении 500 и 750 тысяч вольт. Самой высоковольтной ЛЭП в мире считается построенная еще в СССР линия Экибастуз—Кокчетав в Казахстане. Ее номинальное напряжение — 1 миллион 150 тысяч вольт. Правда, говорят, что сейчас она эксплуатируется под вдвое меньшим напряжением.

Но в конце XIX века сторонники переменного тока упирались в серьезную проблему: как этот переданный ток использовать в промышленных и коммерческих масштабах? Ведь надежных электродвигателей для него еще не было, а именно электродвигатель, который бы крутил станки на заводах или колеса различных транспортных машин, справедливо считался будущим человечества. То есть попытки создать такой двигатель делались и раньше, но заканчивались неудачно: двигатели выходили либо слишком неэкономичными, либо сложными и ненадежными.

И вот теперь в это противостояние постепенно втягивался и Тесла. У него были все шансы занять в рядах сторонников переменного тока командные позиции. Он с головой ушел в работу. Разрабатывал практически все необходимое оборудование для всей системы: генераторы, трансформаторы, счетчики и, главное, — двигатель. Одновременно он вел и теоретические расчеты.

Через шесть месяцев после открытия своей мастерской Тесла послал в Патентную комиссию США две заявки на многофазные двигатели и оформил свои первые патенты на двигатели переменного тока. 1 мая 1888 года Тесле были выданы патенты за номерами 381968 и 382280. В тот же день он послал патентные заявки на свое изобретение в Англию и Германию и вскоре получил патенты и в этих странах.

В чем же были главные особенности двигателей Теслы? Предоставим слово первому отечественному биографу ученого, электротехнику и популяризатору науки Борису Ржонсницкому:

«Еще в Будапеште весной 1882 года Тесла ясно представил себе, что если каким-либо образом осуществить питание обмоток магнитных полюсов электродвигателя двумя различными переменными токами, отличающимися друг от друга лишь сдвигом по фазе, то чередование этих токов вызовет переменное образование северного и южного полюсов или вращение магнитного поля. Вращающееся магнитное поле должно увлечь и обмотку ротора машины.

Построив специальный источник двухфазного тока (двухфазный генератор) и такой же двухфазный электродвигатель, Тесла осуществил свою идею. И хотя конструктивно его машины были весьма несовершенны, принцип вращающегося магнитного поля, примененный в первых же моделях Теслы, оказался правильным.

Рассмотрев все возможные случаи сдвига фаз, Тесла остановился на сдвиге в 90°, то есть на двухфазном токе. Это было вполне логично — прежде чем создавать электродвигатели с большим числом фаз, следовало начать с тока двухфазного. Но можно было бы применить и другой сдвиг фаз: на 120° (трехфазный ток). Не проанализировав теоретически и не осмыслив все возможные случаи, он все свое внимание сосредоточил на двухфазном токе, создав двухфазные генераторы и электродвигатели, и лишь мельком упомянул в своих патентных заявках о многофазных токах и возможности их применения».

Кстати, это упоминание сослужило ему потом хорошую службу. Но к этому мы еще вернемся, а пока важно отметить, что Тесла, во-первых, открыл явление вращающегося магнитного поля, а во-вторых, применил его на практике, создав свой двухфазный асинхронный двигатель. Это были выдающиеся открытия в истории электротехники.

В это время о работе Теслы прослышал Томас Коммерфорд Мартин — редактор газеты «Электрикал уорлд» и президент Американского института инженеров-электриков. Он, в свою очередь, уговорил профессора Корнеллского университета Уильяма Энтони приехать на Либерти-стрит и посмотреть на двигатели Теслы. Затем уже сам Тесла съездил в университет. Работу сербского изобретателя оценили очень высоко. Энтони восторженно писал Мартину, что увидел агрегат весом всего-то в 5,5 килограмма, который разгонялся до трех тысяч оборотов: «…в то время как один из работающих на переменном токе контуров внезапно перевернулся, он изменил направление своего вращения так неожиданно, что я едва смог это увидеть. При всем этом, понимаешь ли, в системе нет коммутатора. Прибор не подключен ни к чему другому… две цепи переменного тока замыкаются, образуя поля. Там нечему изнашиваться, за исключением двух опор». Энтони был уверен, что двигатели Теслы ничем не уступают двигателям постоянного тока. И это как минимум.

Вместе с Мартином он начал уговаривать Теслу показать свой мотор на собрании института инженеров-электриков. Тот сначала отказывался, ссылаясь на усталость и занятость, но потом все-таки согласился.

В ночь перед лекцией Тесла набросал текст своей речи карандашом. Выступление состоялось 16 мая 1888 года в Колумбийском университете. Лекция называлась «Новая система двигателей и трансформаторов переменного тока». Он начал с краткого описания «существующих различий во взглядах на относительные достоинства систем переменного и постоянного тока». «Огромная важность придается вопросу о том, могут ли системы переменного тока успешно использоваться в работе двигателей», — сказал Тесла. Затем последовал подробный экскурс в историю проблем более ранних изобретений и путей их решения. Все это сопровождалось демонстрацией диаграмм и математических расчетов. Его слушали очень внимательно.

«С удовольствием довожу до вашего сведения новейшую систему распределения и передачи энергии при помощи переменного тока, которая, я уверен, способна легко адаптироваться. Она докажет, что с ее использованием могут быть достигнуты ранее недостижимые результаты», — заявил Тесла. Теперь, по его словам, электричество можно было передавать на сотни миль из одной точки, и не только для освещения улиц или домов, но и для работы бытовых приборов и промышленного оборудования.

После лекции в своей лаборатории Тесла продемонстрировал работу своих двигателей.

Профессор Энтони огласил результаты независимой экспертизы двигателей. Но тут слово попросил профессор Элихью Томсон. Он решил напомнить, что занимался двигателями переменного тока еще раньше. Биограф Теслы Марк Сейфер так описывает эту сцену:

«Меня очень заинтересовало сделанное мистером Тесла описание этого нового и замечательного моторчика, — выдавил он с дерзкой улыбкой. — Возможно, вам известно, что я тоже трудился в данном направлении для достижения той же цели. Я проводил эксперименты с использованием одной электрической цепи, а не двойной, с ее помощью и происходили смена направления тока и вращение».