Никола Тесла - Лекции
Я убежден, что эта книга поможет читателям значительно обогатить свои познания о Тесле; те же, кто читает о нем впервые, получат полное представление о великом ученом, изобретателе, философе' и гуманисте, намного опередившем не только свое, но и наше время, — человеке по имени Никола Тесла.
Войин Попович, инженер, профессор Белградского университета
1. Новый принцип устройства двигателей и трансформаторов переменного тока[3]
Я желал бы высказать свою благодарность профессору Энтони за оказанную помощь. Мне также хотелось бы поблагодарить м-ра Поупа и м-ра Мартина за поддержку. У меня не было достаточно времени, чтобы подготовиться лучше и охватить предмет шире, как я бы того хотел, к тому же здоровье мое сейчас не самое лучшее. И потому прошу о снисхождении и надеюсь, что то немногое, что я хочу представить вашему вниманию, заслужит одобрение.
Сейчас, когда существует столько мнений по поводу относительных достоинств систем, использующих переменный и постоянный токи, большое значение придается тому, можно ли успешно использовать переменный ток для работы двигателей. Трансформаторы, обладая множеством преимуществ, дали нам относительно совершенную систему распределения, и хотя, как и во всех областях знания, многое еще требует совершенствования, проделать в этом направлении осталось сравнительно немного. Передача же электроэнергии почти полностью происходит с помощью постоянного тока, и, несмотря на все затраченные усилия использовать для этих целей переменный ток, насколько известно, желаемого результата достигнуто не было. Из множества двигателей, работающих от переменного тока, можно упомянуть следующие: 1. Двигатель с последовательным возбуждением и разделенным полем. 2. Генератор переменного тока, чье поле возбуждается постоянными токами. 3. Двигатель Элью Томсона. 4. Комбинированный двигатель постоянного и переменного тока. Еще два двигателя этого типа вспомнились мне: 1. Двигатель, где одна обмотка соединена последовательно с трансформатором, а другая — со вторичной обмоткой трансформатора. 2. Двигатель, где обмотка якоря подключена к источнику тока, а обмотка возбуждения закорочена. Об этих двигателях я, однако, заметил только вскользь.
Предмет, который я имею удовольствие представить вашему вниманию, — это новая система распределения и передачи энергии переменными токами, имеющая особые преимущества, в особенности по отношению к двигателям, которые, в чем я уверен, будучи внедренными, покажут превосходное согласование с этими токами и результаты, ранее недостижимые без их использования, результаты, которые особенно желаемы для практики и которые не могут быть получены средствами постоянных токов.
Прежде чем углубиться в подробное описание этой системы, я полагаю необходимым сделать несколько замечаний касательно определенных условий, существующих для генераторов и двигателей постоянного тока, которые, хотя и широко известны, часто игнорируются.
Наши динамо-машины, и это хорошо известно, производят переменный ток, который мы выпрямляем посредством коллектора, сложного устройства и, скажем прямо, источника почти всех неприятностей при эксплуатации машин. Таким образом, полученные постоянные токи нельзя использовать в машинах, они должны быть — опять-таки при помощи подобного ненадежного устройства — преобразованы в свое первоначальное состояние — переменный ток. Функции, которые выполняет коллектор, носят внешний характер, и он ни в коем случае не воздействует на внутренний процесс работы машины. Следовательно, в действительности все машины — это машины переменного тока, а постоянными они являются только на участке внешней цепи при переходе от генератора к двигателю. Поэтому и только поэтому переменный ток более предпочтительное воплощение электроэнергии, а использование постоянного тока может быть оправдано только в том случае, если у нас имеются динамо-машины, которые вырабатывают, и двигатели, которые непосредственно используют такой ток.
Но действие коллектора двигателя двойное: во-первых, он реверсирует ток через двигатель и, во-вторых, он действует автоматически, поступательно сдвигая полюса одной из магнитных составляющих.
Осознав, что эти операции в системе бесполезны, необходимо заявить, что выпрямление переменного тока генератора и изменение направления тока в двигателе должны быть исключены, чтобы вызвать вращение двигателя, необходимо обеспечить поступательное смещение полюсов одного из его элементов.
И тогда сам по себе встает вопрос: Как этого добиться при помощи прямого действия переменного тока? Далее я расскажу, как мы пришли к такому эезультату.
В первом эксперименте барабан якоря состоял из двух пар катушек, расположенных друг к другу под прямым углом, а концы этих обмоток соединялись с двумя парами изолированных контактных колец как обычно. Кольцо изготовлено из тонких изолированных пластин листовой стали, на которое намотаны четыре катушки, каждые две противоположные катушки соединены последовательно, чтобы создать свободные полюсы на диаметрально противоположных сторонах кольца. Свободные концы катушек соединены с контактными кольцами ротора генератора так, чтобы образовать две независимые цепи, как показано на рисунке 9. Теперь понятно, для чего были предприняты такие действия, и я перехожу к диаграммам, то есть рисункам с 1 по 8а. При вращении ротора в генераторе с независимым возбуждением в катушках СС возникает ток, изменяющийся по величине и направлению в соответствии с хорошо известным законом. В положении, показанном на рисунке 1, ток в обмотке С равен нулю, в то время как катушка С пересечена максимальным магнитным потоком и подключения могут быть такими, что кольцо статора будет намагничено катушками CtCf так, как это обозначено символами NS на рисунке 1а. Эффект намагничивания от катушек СС равен нулю, так как эти катушки включены в цепь катушки С.
На рисунке 2 обмотки якоря показаны повернутыми на одну восьмую оборота. Рисунок 2а показывает соответствующее магнитное состояние кольца. В этот момент обмотка с, вырабатывает ток того же направления, что и прежде, но слабее, в то же время образовывая на кольце полюсы обмотка с также вырабатывает ток того же направления, причем соединения таковы, что витки сс образовывают полюсы ns, как показано на рисунке 2а. Результирующая полярность обозначается буквами NS и следует помнить, что полюсы кольца сдвинуты на одну восьмую относительно окружности.
На рисунке 3 якорь [ротор] завершил оборот на одну четверть. В этой фазе ток в обмотке С максимальный и такого направления, чтобы создать полюсы NS (на рисунке За), поскольку ток в обмотке С, равен нулю и контур находится в нейтральном положении. Полюсы NS, таким образом, сдвинуты на одну четверть по отношению к окружности кольца[4] [ротора].
Рисунок 4 показывает обмотку С С в еще более сдвинутом положении, когда якорь завершил оборот на три восьмых. В этот момент обмотка С всё гще вырабатывает ток того же направления, как и прежде, но слабее, в то же время образуя сравнительно слабые полюсы ns (на рисунке 4а). Ток в обмотке С той же силы, но обратного направления. Результат этого, следовательно, в образовании на кольце полюсов п1 и s1 как показано на рисунке, и полярности NS, причем полюсы теперь сдвинуты на три восьмых по отношению к окружности кольца.
На рисунке 5 показано, что якорь завершил оборот наполовину, а результирующее магнитное состояние кольца показано на рисунке 5а. Теперь ток в обмотке С равен нулю, в то время как обмотка С1 вырабатывает наиболее сильный ток того же направления, что и прежде; намагничивание сейчас производят витки с1 с1 и только они, как показано на рисунке 5а, причем следует помнить, что полюсы NS сдвинуты по отношению к окружности кольца наполовину. Во время второй половины оборота все действия повторяются, как показано на рисунках с 6 по 8а.
Рисунки помогают понять, что во время одного оборота якоря генератора полюсы кольца один раз оборачиваются по окружности и каждый оборот производит одинаковый результат, при этом полюсы вращаются очень быстро, находясь в согласии с вращением якоря. Если реверсировать подключение одной из обмоток, то направление вращения полюсов изменится на противоположное направление, но действия при этом будут совершаться те же. Вместо того чтобы использовать четыре провода, с тем же успехом можно использовать три, причем один будет обратным для обоих контуров.
