Анатолий Томилин - Заклятие Фавна
Мы уже говорили о нерешенной задаче понижения высокого напряжения у потребителя на конце линии. И здесь не последнюю роль сыграл русский физик…
В 1848 году известный французский механик Генрих Румкорф, занимавшийся в Париже изготовлением различных физических приборов, изобрел новый прибор. Он намотал на железный сердечник изолированной проволокой две обмотки. Одну — первичную — из толстой проволоки с небольшим количеством витков, другую — вторичную — из тонкой проволоки, но с очень большим количеством витков. К концам первичной обмотки он присоединил гальваническую батарею с прерывателем. А концы вторичной обмотки вывел к разряднику, состоящему из острия и диска. Как только по первичной обмотке из толстого провода начинал идти прерывистый ток, на концах вторичной обмотки возникало высокое напряжение, которое вызывало длинные голубые искры, с треском проскакивающие между острием и диском разрядника. Причем, чем больше витков имела вторичная обмотка, тем выше оказывалось на ней напряжение.
Индукционная катушка Румкорфа оказалась замечательным прибором для физиков. И ее автор получил денежную премию имени Вольты от Парижской Академии наук, хотя никакого особого изобретения тут не было, Ведь еще Фарадей, открывая закон электромагнитной индукции, использовал железное кольцо — сердечник с двумя обмотками. Замыкая и размыкая электрическую цепь в первой, он получал кратковременные всплески тока и во второй… Тем не менее индукционная катушка Румкорфа была признана самостоятельным, аппаратом и скоро стала непременным участником опытов с электричеством во всех странах.
В Московском университете на кафедре физики работал в конце века препаратором Иван Филиппович Усагин. Крестьянский сын, да еще и сирота, выученный из милости московским профессором физики Любимовым, он долгое время был лаборантом у профессора Столетова, усвоив от этого передового ученого много прогрессивных идей.
В 1882 году Усагин — уже заведующий физической мастерской университета. И вот тогда же, намотав на железный сердечник две обмотки и применив их для понижения и повышения напряжения, Иван Филиппович создал самый настоящий трансформатор. Он его успешно применил для устройства осветительной сети павильонов и территории Всероссийской промышленно-художественной выставки в Москве и в заключение получил диплом, подписанный от имени жюри выставки профессором К.А. Тимирязевым: «За успешные опыты электрического освещения через посредство отдельной индукции и в поощрение дальнейшей разработки этого метода».
Диплом даром не пропал. Иван Филиппович доработал свое изобретение, усовершенствовал конструкцию. К сожалению, получение заграничных патентов было связано с денежными затратами, а средств на это Усагин не имел. Да и не думал он о получении привилегий. Вместо свидетельства у него в руках скоро оказался второй диплом — «За открытие трансформации токов», подписанный К.А. Тимирязевым, Н.Е. Жуковским и другими русскими учеными.
Работая на кафедре физики, Иван Филиппович Усагин всей душой сочувствовал выходцам из народа, рвавшимся к науке. Вот почему после Великой Октябрьской социалистической революции он сразу же вступил в партию большевиков и до самой смерти, последовавшей, к сожалению, уже в 1919 году, немало потрудился над тем, чтобы путь в науку сделать доступным для простых людей.
Изобретение И.Ф. Усагина за границей не было известно. И в 1884 году французский инженер Голард вторично открыл принцип трансформации и построил аппараты, весьма схожие с приборами Усагина. У конструкторов линий электропередачипоявилась возможность осуществить передачу электрической энергии по проводам высоким напряжением и малым током. Это обстоятельство сразу выдвинуло переменный ток на передовые позиции. Но большинство фирм как в Европе, так и в Америке были заняты изготовлением приборов и аппаратов, работающих на постоянном токе. И вот среди капиталистических компаний разворачивается бешеная конкурентная борьба. Владельцы станций постоянного тока скупают за любые деньги патенты на трансформаторы и прячут их, стараясь похоронить это изобретение и не выпустить на арену переменные токи. Пропагандируются и гипертрофируются трудности создания двигателей на переменном токе. Принципиальные конструкции их существовали, но для широкого применения они не годились, поскольку не могли самостоятельно запускаться. Правда, венгерские инженеры М. Дери и О. Блатя предложили применять в сетях переменного тока коллекторные двигатели с последовательной обмоткой возбуждения, но они так искрили, что вызывали страх у эксплуатационников. Создалась ситуация, когда, казалось, все развитие электропривода зависит от создания переменного тока. Но когда жизнь ставит перед людьми задачу, она непременно решается. Так должно было быть и на этот раз.
В 1888 году почти одновременно на разных континентах состоялись два публичных выступления на одну и ту же тему — открытие вращающегося магнитного поля.
Еще Араго в свое время обратил внимание, что если вблизи от магнитной стрелки быстро вращать немагнитный медный диск, то стрелка тоже начинает вращаться. Объяснить это явление в то время никто не мог. И вот этот-то опыт и решил повторить профессор Галилео Феррарис из Турина, где он организовал первое в Италии электротехническое училище, в котором преподавал сам и вел научные изыскания. Изучив «эффект Араго», Феррарис пришел к заключению: в медном диске при вращении наводятся индукционные токи от намагниченной стрелки. Эти токи создают в свою очередь собственные магнитные поля, которые взаимодействуют с полем стрелки и увлекают ее за собой. Профессор Феррарис решает сделать все наоборот — крутить магнит, поставив рядом с ним медный диск. Сейчас нам кажется очевидным, что диск должен начать вращаться. Так и случилось.
Примерно тем же занимался и молодой сербский инженер Николай Тесла, работавший в лаборатории американской фирмы, заинтересованной в производстве аппаратуры переменных токов.
Следующие эксперименты развивались примерно по такому пути. Представим себе две катушки с одинаковым количеством витков. Оси их расположены перпендикулярно одна к другой. Если теперь пропустить по обеим катушкам переменный ток со сдвигом по фазе на четверть периода, то есть так, чтобы в то время, когда в одной катушке синусоида переменного тока достигала своего максимума, в другой она проходила бы через ноль, то оба тока создадут вращающееся магнитное поле. Магнитная стрелка, помещенная внутри катушек, будет быстро вращаться, доказывая его существование.
Доктор Феррарис построил двигатель, поместив внутрь катушек медный цилиндр. Получил двухфазный двигатель с хорошим пусковым моментом.
Тесла исследовал различные схемы многофазных систем и также признал наиболее рациональной из всех двухфазную. Вот об этих-то работах и докладывали оба исследователя в разных концах земли.
Открытием вращающегося магнитного поля заинтересовались электрики всего мира.
В то же время в Германии руководители бурно развивающейся берлинской фирмы «АЭГ» рыскали по всей стране в поисках молодых талантов. Их внимание привлек скромный ассистент Дармштадтского высшего технического училища Михаил Осипович Доливо-Добровольский, из русских, приехавший в Дармштадт еще в 1881 году и окончивший то же училище. Молодой русский зарекомендовал себя серьезным исследователем в области электрохимии, а затем и общей электротехники. Он хорошо читал лекции и руководил практическими занятиями студентов. Собрав о нем необходимые сведения, руководство «АЭГ» предложило Доливо-Добровольскому пост шеф-электрика фирмы. И Михаил Осипович соглашается. Голова его полна идей, интересных замыслов. В лаборатории развивающейся фирмы он сможет в лучшем виде добиться их осуществления.
Руководители «АЭГ» не просчитались. Уже в марте 1889 года Доливо-Добровольский делает патентную заявку на трехфазный асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором, обмотка которого была выполнена в виде «беличьего колеса». Со свойственной ему глубиной Михаил Осипович рассмотрел результаты исследований Феррариса и пришел к выводу, что трехфазный ток будет работать лучше двухфазного. А затем нашел удивительно простое решение для конструкции двигателя. Причем конструктивное решение его оказалось настолько удачным, что все сразу же поняли — такой двигатель вполне может быть основой промышленного электропривода.
Некоторое время упорствовали американцы, не желая признавать изобретения Доливо-Добровольского. Фирма, в которой работал Тесла, построила по его системе Ниагарскую гидроэлектростанцию. Но и та вскоре была переоборудована на трехфазный ток. Интересно отметить, что в принципе современные асинхронные двигатели ничем не отличаются от конструкции, предложенной М.О. Доливо-Добровольским еще в конце прошлого века.
