Содержание
Трёхфазный ток – вид сигнала, идущий минимум по трём проводам, причём частота 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 документ вето на использование любого количества фаз, большего единицы. Потому русский учёный Доливо-Добровольский, добровольно сбежавший в немецкую компанию AEG, не смог приобрести патент на собственный трёхфазный двигатель…
Этот исторический экскурс сделан, чтобы читающий понял, насколько неисповедимы пути Господни. Как витиевато пролегла судьба молодого Теслы, подарившего – и это сказано без преувеличения – миру переменный, включая трёхфазный, ток. А вдобавок – очертил примерные области изменения частоты и напряжения. Без гения Теслы, возможно, сегодня продолжалось бы использование аккумуляторов. Понятно, что технический прогресс без переменного тока не представлялся возможным.
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 заложена длина, составляющая десятимиллионную долю от четверти Парижского меридиана (дуга, проходящая через магнитные Земли, расположение истинных оставалось неизвестным).
Получение магнитного поля
Выполняя эту задачу, Араго отправился первоначально в Испанию, чтобы вести измерения. Сделаем акцент на простом факте: времена стояли неспокойные. Ко времени путешествия Араго относится факт сдачи в плен на территории Испании 22-х-тысячной армии под командованием Дюпона. В разрез с условиями капитуляции сыны Аррагона отправили французов – после долгих мытарств – на безлюдный остров, где содержали в ужасающих условиях. В итоге, на родину вернулась лишь четверть, а Дюпона император Наполеон заточил в замок, ужаснейшую тюрьму Франции.
Араго многократно за непродолжительный срок длительностью в три года оказывался на волосок от смерти и неизменно терпеливо продолжал выполнять работы по измерению меридиана. Нюанс – Лаплас доказал изменение размеров Земного шара согласно движению Луны. Нельзя в точности считать общепринятый ныне метр (от греч. – эталон, мера) научно объяснённой мерой длины. А копии из специального сплава хранятся в особенных условиях. Однако в США, Британии и ряде прочих странах поныне используется ярд, точное происхождение единицы доподлинно неизвестно.
Араго одним из первых признает величественность работ в электричестве Эрстеда и Вольты, в общих словах утверждая, что указанные два человека заложили фундамент для постройки нового здания на протяжении веков. Сообразуясь с идеями Лапласа, подхваченными Швейггером, Араго начинает экспериментировать с первыми катушками индуктивности и быстро находит новое направление. Речь идёт об индукции. Предстоит прожить 8 лет до опытов Майкла Фарадея, а Араго совместно с Фуко демонстрирует Академии взаимное влияние стрелки компаса и вращающегося медного диска – металла, не относящегося к железу и сплавам.
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, давшие грядущим поколениям сотни идей. Майкла Фарадея считают отцом коллекторных двигателей. О последнем читайте в заметке о законе электромагнитной индукции. Вначале кажется, что двигатель у Фарадея синхронный, поскольку используется постоянный магнит, но мнение ошибочно. В дальнейшем развитие идеи привело к появлению скользящих контактов, меняющих полярность полюсов обмоток, что уже прямиком ведёт к распределительному коллектору.
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 необычными симптомами:
- Чувства обострились настолько, что Тесла слышал движение повозки по улице и ощущал производимые в доме вибрации.
- Лёгкое прикосновение казалось ударом.
- Зрение позволяло видеть даже в ночное время.
- Шёпот казался криком.
В описанное время сознание инженера (связная компания в Будапеште) работало над задачей создания двигателя переменного тока. Как предполагалось, избавление от симптоматики произошло внезапно, причина осталась необъяснимой. Выздоравливая, февральским вечером Тесла прогуливался в парке с бывшим одноклассником Сцигети, цитировал любимых поэтов, к примеру, Гёте, вместе любовались картинами природы, закатом. Произнеся очередной куплет запомнившегося стихотворения, Никола осознал, что сложная техническая задача решена.
Причём в довесок подсознание подсказало ему методику реверса вала. В автобиографии Тесла отмечал, что быстро сделал набросок будущей конструкции. Таким образом, изобретение относится к 1882 году.
Не полагаясь на бытующее мнение, что Доливо-Добровольский внёс большой вклад в развитие трёхфазного тока, это не слишком соответствует истине. В доказательство по тексту обзора приводится кастомизированное изображение из патента Николы Тесла. Видно, что на статоре и роторе по шесть полюсов. Доливо-Добровольский отметил превосходство трёх фаз над двумя. В этом большая заслуга учёного, как и изобретение «беличьей клетки» ротора асинхронного двигателя. Но трёхфазный ток и число фаз, превышающее единицу, введены в жизнь Николой Тесла. Аналогичным занимался Вестингауз к середине 80-х, но успех последнему не сопутствовал.
Хотя работа в будапештском телеграфе отнимала много сил, Тесла едва успевал заносить в блокнот 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 постоянно сталкивался с детищами Томаса Эдисона и хорошо изучил принцип действия. Талантливый Тесла предложил немало улучшений для имеющегося оборудования и быстро завоевал уважение в профессиональной среде.
Работы в Страсбурге застопорились, Теслу пригласили вывести замерший состав из тупика. В 1883 году изобретатель попадает во Францию, где принимается за работу. На базе мастерских одновременно с наладкой оборудования Эдисона молодой человек конструирует первый синхронный двигатель переменного тока. Успех пришёл со скоростью присоединения последнего провода. Баузен, исполнявший обязанности мэра, после единственной демонстрацией новинки стал горячим поклонником таланта изобретателя.
Французские предприниматели, видя достоинства переменного тока, не рискнули вложить средства, не существовало на тот момент традиции использования нескольких фаз – к установке потребовалось бы купить источник питания. Тем временем Тесла блестяще выполнил поручение компании и уже ожидал оговорённой заранее, но не закреплённой контрактом, награды. Обретённые средства, по замыслу Николы, стали бы начальным капиталом для выпуска двигателей переменного тока.
Двухфазный двигатель Тесла
Но до Эдисона, видимо, дошли слухи о демонстрации двухфазного двигателя переменного тока. Вероятно, некий предприниматель донёс до американца последние сведения по телеграфу. Континентальная компания Эдисона начала перенаправлять Теслу от чиновника к чиновнику. Последний послал Николу вновь к первому, а первый – вновь ко второму. Круг замкнулся. Поняв, что его одурачили на солидную сумму в 25000 долларов, Тесла с указанного времени решил изменить род занятий.
Путешествие трёхфазного тока в Америку
Уязвлённый молодой Никола задумал поискать счастья за пределами страны. Уже избрав новым местом пребывания Россию, Никола слышит совет Чарльза Бэчлора дойти до Эдисона лично и предложить собственные услуги. Так судьба направила Теслу в США. Одновременно Бэчлор доверительно сообщил, что в России происходит беспорядок с наукой – по указанной причине Яблочков оказался вынужден доводить опыты до конца во Франции.
Доброй души человек, Чарльз дал рекомендательное письмо Тесле, чтобы молодого учёного приняли радушно за океаном. В Париже любитель поэзии остался обобран местными жуликами, любившими шансон. Мелочи в карманах хватило на самый дешёвый билет до Гавра. Голодный и замёрзший Тесла сидел в каюте, но счастливым образом привлёк внимание капитана судна. Тот пригласил учёного в каюту и, услышав историю горемыки, не отказал в гостеприимстве.
Неожиданная потасовка на палубе заставила Теслу, обладавшего хорошими навыками кулачного боя, отбиваться, и заметивший драку капитан сменил милость на равнодушие. По счастью, недалеко оставалось до Нью-Йорка, поклонник Гёте ступил, наконец, на берег, где быстро заработал первые деньги, оказав помощь владельцу местной мастерской.
С Эдисоном Тесле помогло увидеться рекомендательное письмо. Ирония судьбы – без указанного клочка бумаги изобретатели бы не встретились. Эдисон равнодушно выслушал идеи о переменном токе. Что заставляет внести предположение о его заблаговременной осведомлённости. Тесла уже был известен Континентальной компании, её служащие отказали Николе ранее в вознаграждении. Американцы дали возможность европейцу вновь прочувствовать цену собственных обещаний.
Эдисон за очередное улучшение своих машин пообещал Тесле теперь уже 50000 долларов. Что составляло состояние по тем временам. Работавший по 20 часов в сутки Тесла внёс ряд новшеств, одновременно создав новый тип источника питания, выполнив свою часть устно заключённого соглашения. Как в прошлый раз, награда составила нуль – Эдисон заявил, что удачно пошутил по-американски.
Весной 1885 года разорвав отношения с Континентальной компанией, Тесла пускается в одинокое плавание. Впрочем, местные дельцы уже знали изобретателя в качестве талантливого инженера: он создал дуговую лампу под цели освещения улиц. Но вместо платы получил… некие трудно продаваемые акции. Три раза Тесла получал урок прежде, чем осознал, что с воротилами нужно держать ухо востро.
Проработав грузчиком, подсобным рабочим, вырыв неизвестное количество канав, Никола охладел к Америке. Но в апреле 1887 года на пути попался Обадайя Браун. Прораб быстро осознал преимущества идей Теслы и предложил познакомиться с братом Альфредом, работавшим инженером телеграфной компании. Разговор состоялся подшофе, но наутро оба двинулись в нужном направлении.
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 (так состоялся первый в мире асинхронный двигатель). Появились деньги на развитие концепции переменного, в том числе и трёхфазного, тока.
