Рассказы об электричестве

Депре не прекратил своей деятельности. Он предпринял еще целый ряд опытов, постепенно повышая напряжение. Самой значительной из его работ была линия Крейль-Париж, осуществленная в 1885 году. По ней передавалась мощность около 50 лошадиных сил на расстояние 56 километров при напряжении 6000 вольт. Однако и на этот раз коэффициент полезного действия был не выше 50 %.

Надо сказать, что неудачи его опытов вызвали среди довольно значительной части электриков скептическое отношение вообще к возможностям передачи энергии на дальние расстояния. Появились даже теоретические попытки доказать, что КПД в 50 % является предельным… Однако все эти трудности заключались, как мы сегодня понимаем, лишь в технических возможностях того времени. Прежде всего хорошо изученный и удовлетворяющий всем потребностям промышленности постоянный ток не допускал трансформации. Его напряжение было то, которое снималось с клемм электрической машины. А они давали в конце прошлого столетия не более 6000 вольт. Высокое напряжение постоянного тока трудно было использовать и потребителям. Последовательное соединение их было по большей части неудобным.

Современные силовые кабели. Справа — сверхпроводящий кабель, охлаждаемый жидким гелием и азотом.

Выход был: требовалось перейти к переменному току. Его применение началось по инициативе П. Н. Яблочкова. Я уже рассказывал, что переменный ток был удобнее для питания «свечей Яблочкова». Но самое замечательное свойство переменного тока — его способность к трансформации. И здесь, после работ Фарадея, после создания Якоби и Румкорфом первых индукционных катушек, Яблочков показал путь к практическому применению трансформаторов. Они могли служить целям разделения цепей генератора и потребителя для так называемого дробления света.

В течение нескольких лет в разных странах инженеры-электрики разрабатывали конструкции трансформаторов с замкнутыми магнитными системами. И это позволило приступить к строительству центральных электрических станций переменного тока.

Правда, применялся переменный электрический ток пока только для освещения. Двигателей, работающих на нем, практически не существовало. Дело заключалось в трудностях принципиального характера. Однофазный двигатель не имеет пускового вращательного момента, то есть не может самостоятельно запускаться. И это обстоятельство, естественно, затрудняло возможность его применения. Решить проблему мог только переход к новой комплексной области электротехники — к технике трехфазного тока.

«Воды Неккара» во Франкфурте-на-Майне

Конец XIX века характеризуется значительной централизацией капиталистического производства. Все крупнее становятся фабрики и заводы, все большее количество рабочих трудится на них. Крупные предприятия отныне требовали мощных сгустков энергии. И нужно было научиться их концентрированно производить и передавать к месту потребления. Таким образом, энергетическая задача перерастала в задачу экономическую. Как же ее решать?

Возможны были два пути: первый заключался в совершенствовании передачи постоянного тока, второй — в поисках и разработке конструкции двигателя переменного тока. Построить его можно было, используя известные свойства вращающегося магнитного поля, которое создается с помощью многофазных токов. Второй путь оказался проще, и это направление обогнало первое, затормозив развитие энергетической техники постоянных токов на долгое время.

С чего же начиналась техника трехфазных токов? Еще в 1824 году уже знакомый нам физик Араго демонстрировал своим коллегам по Парижской академии наук интересное явление, названное им «магнетизмом вращения». Он вращал постоянный магнит, установленный под подвешенным медным диском. И немагнитный медный диск тоже приходил во вращение. Академики немало дивились чудесному и загадочному феномену…

Полвека спустя (в 1879 году) английский физик В. Бейли заставил вращаться медный диск в меняющемся магнитном поле неподвижных электромагниту. Он доказал, что, будь таких электромагнитов бесконечное множество, магнитное поле стало бы равномерно вращающимся…

Однако больше всех для понимания причин вращения магнитного поля сделали итальянский профессор Г. Феррарис и югославский инженер Н. Тесла. Независимо друг от друга они пришли к сходным результатам и почти одновременно выступили в 1888 году с докладами о своих работах…

Представьте себе две одинаковые катушки, расположенные перпендикулярно друг другу и питаемые обычным переменным током. Условие одно: чтобы ток в одной катушке опережал ток в другой на четверть периода (на 90°). Другими словами, когда ток в одной из катушек равен нулю, ток в другой — максимален.

Если внутрь этих катушек поместить магнитную стрелку, то она тут же начнет быстро-быстро вращаться, следуя за вращающимся магнитным полем внутри катушек.