Трёхфазный ток

Трёхфазный ток – это вид сигнала, идущий минимум по трём проводам, частота которого по каждой ветке одинакова, а фазы равноудалены друг от друга (на 120 градусов).

Сложный путь трёхфазного тока

Общеизвестно, что теорию Араго о вращающемся магнитном поле первым сумел реализовать на практике Никола Тесла. Озарение пришло внезапно, во время прогулки с товарищем на природе. Взяв патент, Тесла одновременно заложил в него вето на использование любого количества фаз, большего единицы. Вот почему отечественный учёный Доливо-Добровольский, добровольно сбежавший в немецкую компанию AEG, не смог взять патент на свой трёхфазный двигатель…

Этот исторический экскурс сделан только для того, чтобы читающий мог понять, насколько неисповедимы пути Господни. Как витиевато пролегла судьба молодого Теслы, который подарил – и это сказано без всякого преувеличения – миру переменный, в том числе трёхфазный, ток. А вдобавок – очертил примерные области изменения частоты и напряжения. Без гения Теслы, быть может, сегодня все ещё использовались бы аккумуляторы. Понятно, что технический прогресс без переменного тока едва ли был бы возможным, и пользователи не могли бы столь просто заглянуть в интернет и прочитать такой интересный обзор…

Араго и вращающееся магнитное поле

Большинство современных изобретений базируется на открытиях, сделанных англичанами и французами в первой половине XIX века. Метрическая система задумана Лапласом, занимавшим важный пост в Академии ещё до Бонапарта. В основу СИ, таким образом, заложена длина, составляющая одну десятимиллионную от четверти Парижского меридиана (дуга, проходящая через магнитные Земли, поскольку расположение истинных на тот момент не было известным).

Получение магнитного поля

Получение магнитного поля

Выполняя эту задачу, Араго отправился первоначально в Испанию, чтобы там вести измерения. Всем, незнакомым с историей, нужно сделать акцент на простом факте: времена были весьма неспокойные. В частности, ко времени путешествия Араго относится факт сдачи в плен на территории Испании 22-х-тысячной армии под командованием Дюпона. В разрез со всеми условиями капитуляции сыны Аррагона отправили французов – после долгих мытарств – на необитаемый остров, где содержали в ужасающих условиях. В итоге, на родину вернулась едва ли четверть, а самого Дюпона император Наполеон заточил в замок. И это была одна из самых страшных тюрем во Франции.

Сам Араго много раз за короткий срок длительностью в три года был на волосок от смерти и все же терпеливо продолжал выполнять работы по измерению меридиана. Нюанс в том, что Лаплас доказал изменение размеров Земного шара согласно движению Луны. То есть нельзя в точности считать общепринятый ныне метр (от греч. – эталон, мера) научно объяснённой мерой длины. При том, что его копии из специального сплава хранятся в особенных условиях. Между тем в США, Британии и некоторых других странах по-прежнему используется ярд, точное происхождение которого доподлинно не известно.

Араго одним из первых признает величественность работ в электричестве Эрстеда и Вольты, в общих словах утверждая, что эти два человека заложили фундамент, на котором ещё многие века будут строить совершенно новое здание. Сообразуясь с идеями Лапласа, подхваченными Швейггером, Араго начинает экспериментировать с первыми катушками индуктивности и быстро находит совершенно новое направление. Речь идёт об индукции. Ещё 8 лет до опытов Майкла Фарадея, а Араго совместно с Фуко демонстрирует Академии взаимное влияние стрелки компаса и вращающегося медного диска – металла, не имеющего никакого отношения к железу и его сплавам.

А значит, первый асинхронный двигатель появился задолго до патентования 1 мая 1888 году (US381968 A) Николой Тесла синхронной машины переменного тока. Араго открыл вихревые токи Фуко, которые дали грядущим поколениям сотни идей. Тогда как Майкла Фарадея можно считать отцом коллекторных двигателей. О последнем можно прочитать в заметке о законе электромагнитной индукции. На первый взгляд кажется, что двигатель у Фарадея синхронный, поскольку используется постоянный магнит, но это не так. В дальнейшем развитие этой идеи привело к появлению скользящих контактов, меняющих полярность полюсов обмоток, что уже прямиком ведёт к распределительному коллектору.

Читайте также:  Лейденская банка

Никола Тесла и переменный ток

Изложение событий, связанных с Николой Тесла, ведётся по Первой отечественной биографии в авторстве Ржонсницкого. Как свидетельствует писатель, на исходе 1881 года изобретателя поразил неизвестный недуг, сопровождающийся достаточно необычными симптомами:

  1. Чувства обострились настолько, что Тесла не только слышал движение повозки по улице, но и ощущал производимые ею в доме вибрации.
  2. Лёгкое прикосновение казалось ударом.
  3. Зрение позволяло видеть даже в ночное время.
  4. Шёпот казался криком.

Всё это время сознание инженера (связная компания в Будапеште) работало над проблемой создания двигателя переменного тока. Как и стоило полагать, избавление от симптоматики произошло внезапно, и причину никто объяснить не смог. Выздоравливая, февральским вечером Тесла прогуливался в парке со своим бывшим одноклассником Сцигети, цитировал своих любимых поэтов, в частности, Гёте, и вместе любовались картинами природы, закатом. Произнеся очередной куплет запомнившегося стихотворения, Никола осознал, что сложная техническая задача решена.

Причём в довесок подсознание подсказало ему и методику реверса вала. В автобиографии Тесла отмечал, что весьма быстро сделал набросок будущей конструкции. Таким образом, изобретение можно отнести к 1882 году.

Несмотря на бытующее мнение о том, что Доливо-Добровольский внёс большой вклад в развитие трёхфазного тока, это не совсем соответствует истине. И в доказательство по тексту обзора приводится кастомизированное изображение из патента Николы Тесла. Можно видеть, что на статоре и роторе по шесть полюсов. Доливо-Добровольский же отметил превосходство трёх фаз над двумя. И в этом действительно его большая заслуга, как и изобретение «беличьей клетки» ротора асинхронного двигателя. Но трёхфазный ток и число фаз, большее единицы, введены в жизнь Николой Тесла. Можно найти заметки о том, что тем же занимался Вестингауз к середине 80-х, но успех ему не сопутствовал.

Несмотря на то, что работа в будапештском телеграфе отнимала много сил, Тесла едва успевал заносить в блокнот все новые конструкции синхронного двигателя переменного тока. На исходе 1882 года Николу ждал перевод на должность инженера по наладке электрических установок. Путешествуя по Европе, сербский гений не раз сталкивался с детищами Томаса Эдисона и хорошо изучил принцип действия. Талантливый Тесла предложил немало улучшений для имеющегося оборудования и быстро завоевал этим уважение в профессиональной среде.

В то время работы в Страсбурге застопорились, и Теслу пригласили вывести замерший состав из тупика. Так, в 1883 году изобретатель попадает во Францию, где активно принимается за работу. Именно там, на базе мастерских одновременно с наладкой оборудования Эдисона молодой человек конструирует первый синхронный двигатель переменного тока. Успех пришёл так скоро, как был присоединён последний провод. Баузен, исполнявший обязанности мэра, одной только демонстрацией новинки стал горячим поклонником таланта изобретателя.

Французские предприниматели, видя все достоинства переменного  тока, все же не рискнули вложить средства, поскольку не существовало на тот момент традиции использования нескольких фаз. Проще говоря, к установке потребовалось бы купить и источник питания. Тем временем Тесла блестяще выполнил поручение компании и уже ожидал оговорённой заранее, но не закреплённой контрактом, награды. Именно эти средства по замыслу Николы должны были стать начальным капиталом для выпуска двигателей переменного тока.

Двухфазный двигатель Тесла

Двухфазный двигатель Тесла

Но до Эдисона, видимо, дошли слухи о демонстрации двухфазного двигателя переменного тока. Может быть, кто-то из предпринимателей донёс до американца эти сведения по телеграфу. И тог  да Континентальная компания Эдисона начала футболить Теслу от одного местного «бугорка» к другому, пока этих индивидов не набралось порядка шести. После чего последний послал Николу вновь к первому, а первый – вновь ко второму. Таким образом, круг замкнулся. Поняв, что его одурачили на солидную по тем временам сумму в 25000 долларов, Тесла с этого времени решил изменить свой род занятий.

Читайте также:  Диодная лампа

Путешествие трёхфазного тока в Америку

Уязвлённый, как и в своё время Лермонтов и Пушкин, молодой Никола задумал попытать счастья где-нибудь в другом месте. То есть, на дуэль никого вызывать не стал, что уже можно зачесть ему, как великую заслугу. Уже избрав новым местом пребывания Россию, Никола слышит совет Чарльза Бэчлора дойти до самого Эдисона лично и предложить тому свои услуги. Так судьба направила Теслу в США. Одновременно Бэчлор доверительно сообщил, что в России также не все в порядке с наукой – именно по этой причине Яблочков был вынужден доводить свои опыты до конца во Франции.

Доброй души человек, Чарльз даже дал рекомендательное письмо Тесле, чтобы того приняли более радушно за океаном. В Париже любитель поэзии был обобран местными жуликами, весьма любившими шансон. Видимо, столь разные направления искусства не смогли примирить изобретателя и местных преступников. Мелочи в карманах хватило все-таки на самый дешёвый билет до Гавра. Голодный и замёрзший Тесла сидел в своей каюте, но каким-то счастливым образом привлёк внимание капитана судна. Тот пригласил его в каюту и, услышав историю горемыки, конечно же, не отказал ему в своём гостеприимстве.

Неожиданная потасовка на палубе заставила Теслу, обладавшего хорошими навыками кулачного боя, отбиваться, и заметивший это капитан сменил милость на равнодушие. По счастью, не столь далеко оставалось до Нью-Йорка, так что поклонник Гёте ступил, наконец, на тот берег, где быстро заработал первые деньги, оказав помощь владельцу одной из местных мастерских.

С Эдисоном Тесле помогло увидеться рекомендательное письмо. Ирония судьбы – без этого клочка бумаги изобретатели бы едва ли встретились. Эдисон равнодушно выслушал идеи о переменном токе. Что заставляет ещё раз внести предположение о его заблаговременной осведомлённости в этом плане. Тесла уже был известен Континентальной компании, поскольку её служащие отказали ему ранее в вознаграждении, посему американцы дали возможность европейцу ещё раз прочувствовать цену своих обещаний.

Эдисон за очередное улучшение своих машин пообещал Тесле теперь уже 50000 долларов. Что составляло целое состояние по тем временам. В ответ на это работавший по 20 часов в сутки Тесла внёс целый ряд новшеств, одновременно создав новый тип источника питания, выполнив таким образом свою часть устно заключённого соглашения. Как и в прошлый раз, награда составила абсолютный нуль – Эдисон заявил, что весьма удачно пошутил по-американски.

Весной 1885 года разорвав всякие отношения с Континентальной компанией, Тесла пускается в одинокое плавание. Впрочем, местные дельцы уже знали его в качестве талантливого инженера: для них создал дуговую лампу под цели освещения улиц. Но вместо платы получил… некие акции, продать которые было чрезвычайно сложно. Три раза Тесла получал свой урок прежде, чем осознал, что с воротилами нужно держать ухо востро.

Проработав грузчиком, подсобным рабочим, вырыв некоторое количество канав, Никола немного охладел к Америке. Но в апреле 1887 года на его пути попался Обадайя Браун. Прораб быстро осознал все преимущества идей Теслы и предложил познакомиться со своим братом Альфредом, работавшим инженером телеграфной компании. Разговор был подшофе, но наутро оба двинулись в нужном направлении.

Распространение телеграфа

Распространение телеграфа

Уговор состоял в том, чтобы на базе лаборатории Брауна разработать нечто (на усмотрение Теслы) для демонстрации перед адвокатом Чарльзом Пеком. Кружащееся в магнитном поле солидных размеров металлическое яйцо смотрелось действительно потрясающе (и это был первый в мире асинхронный двигатель). Так были получены деньги на развитие концепции переменного, в том числе и трёхфазного, тока.