Михаил Шателен - Русские электротехники
«Делитель» Доливо-Добровольского, как простое в эксплоатации и экономичное приспособление, получил очень широкое распространение в установках постоянного тока, и его применение стало более редким лишь после того, как трехфазный ток почти целиком вытеснил постоянный и трехпроводная система постоянного тока потеряла свое значение. Таким образом, одно изобретение Доливо-Добровольского было вытеснено другим его же изобретением.
Доливо-Добровольский вообще много работал над теорией и расчетом электрических машин. Весьма многие усовершенствования в генераторах и двигателях, осуществленные в машинах Всеобщей компании электричества, явились результатом его трудов. В частности, ему принадлежат глубокие исследования над распределением магнитных потоков в машинах с зубчатыми сердечниками якорей. Эти работы вызвали большую дискуссию, способствовавшую выяснению многих вопросов о распределении магнитных потоков в работающих машинах с подобными якорями. Большая работа в этом направлении была выполнена в свое время В. Ф. Миткевичем.
М. О. Доливо-Добровольский выполнил также большую исследовательскую работу над генераторами переменного тока с двумя неподвижными обмотками и вращающейся железной массой. Часто идею и первое осуществление такого генератора приписывают английскому электрику Мордей. Доливо-Добровольский установил, что гораздо раньше идея эта была осуществлена русским изобретателем Клименко, который получил на нее в 1885 г. русскую привилегию за № 3085. Заявка на привилегию была им сделана еще в 1882 г. В этой машине обе обмотки неподвижны, вращается же железный цилиндр с прикрепленными к нему по концам двумя железными крестами. При вращении этих крестов меняется магнитный поток, пронизывающий обмотки якоря, вследствие чего в них и появляется электродвижущая сила [26].
Доливо-Добровольский хотя и сам проектировал подобные машины, подробно изучив все преимущества и недостатки таких генераторов, предсказал неизбежную замену их генераторами с вращающимися электромагнитами.
Доливо-Добровольский работал еще над целым рядом других вопросов, связанных с построением электрических машин. Все эти работы имели в свое время большое влияние на направление развития электромашиностроения и привлекали к себе внимание электротехников всех стран.
Работы М. О. Доливо-Добровольского много способствовали установлению правильных взглядов на различные явления, происходящие в динамомашинах, развитию теории машин и их усовершенствованию. Но главной работой, которая прославила имя Доливо-Добровольского, была работа, связанная с изобретением и первым практическим применением трехфазного тока для передачи и распределения электрической энергии. Обратимость магнитоэлектрических машин наблюдали уже академики Ленд и Якоби при своих работах с этими машинами, но возможность приведения в действие одной машины постоянного тока посредством тока, получаемого от другой такой же машины, и получения от первой механической работы была впервые показана французским электриком Фонтеном на Венской выставке 1873 г. Фонтен демонстрировал возможность приведения во вращение небольшой машины Грамма током от другой, большей машины той же фирмы, даже при включении между ними намотанных на барабаны проводов длиною в 2 км. Маленькая машина Грамма, работая как двигатель, могла приводить в действие небольшой водяной насос. Дальнейшего практического применения этот опыт не получил, и сам Фонтен считал, что подобная передача энергии возможна только для небольших мощностей и то на небольшие расстояния. Вот что писал, например, сам Фонтен в своей брошюре, посвященной электрической передаче энергии, изданной в 1885 г., через 2 года после его опыта на Венской выставке, и как он оценивал возможности электропередачи энергии:
«Тогда, как и теперь, я не верю в возможность электрической передачи больших мощностей на большие расстояния; электрические железные дороги мне казались и кажутся и теперь решением, применить которое можно посоветовать только в совершенно исключительных случаях. Я считал тогда, и считаю и теперь, что при современных знаниях об искусстве сооружения динамоэлектрических машин, при их помощи можно только передать энергию на небольшие расстояния, например, для приведения в действие станков, подъемников, вентиляторов, одним словом, механизмов, которые ныне приводятся в действие ременными или канатными передачами».
Возможность электрической передачи на большие расстояния была широко продемонстрирована на Мюнхенской выставке 1882 г. французским инженером, впоследствии академиком, Марселем Депре, передававшим энергию от водяной турбины, находившейся в Мисбахе, в 60 км от Мюнхена, на Мюнхенскую выставку, где небольшой электродвигатель приводил в действие небольшой насос, мощностью около 0,5 л. с. Как известно, опыт Депре привлек общее внимание. Считалось, что мюнхенский опыт Депре положил начало новой эры в энергоснабжении. Между тем, гораздо раньше Депре, русские работники практически показали возможность электрической передачи гораздо больших мощностей и разработали теоретически вопрос об электропередачах. Именно, уже в 1874 г. военный инженер Ф. А. Пироцкий устроил на Волковом поле, вблизи Петербурга, электрическую передачу мощностью около 6 л. с. сначала на расстояние нескольких десятков метров, увеличенное затем до 1 км. Продолжая свои опыты, Пироцкий с успехом пытался применять в качестве проводов для передачи рельсы на участке паровой железной дороги, вблизи Петербурга, а также и рельсы, уложенные вдоль одной улицы Петербурга для городской конной железной дороги (трамвай с конной тягой).
На основании своих опытов Пироцкий пришел к заключению о полной возможности электрической передачи больших мощностей на большие расстояния и, основываясь на этом заключении, предложил пользоваться в качестве источников энергии водяными потоками. В 1877 г. Пироцкий уже напечатал в «Инженерном журнале» статью под заглавием «О передаче работы воды, как двигателя, на всякое расстояние посредством гальванического тока», в которой он писал о преимуществах использования водяных двигателей с электропередачей энергии на расстояние, по сравнению с использованием паровых двигателей, устанавливаемых на месте потребления.
Опыты Пироцкого не привлекли особого внимания, и были скоро забыты. Его предложения относительно использования водных сил не получили осуществления.
Известно, как приняли Маркс и Энгельс известие об опытах Депре и какое значение они придавали возможности передачи энергии на расстояние. Однако, потребовалось немало времени, чтобы электропередача энергии действительно стала тем, что от нее ждали основоположники марксизма. Потребовались и разработка ряда теоретических вопросов и производство многих исследований на опытных установках.
Теоретические обоснования и расчеты электропередач были в тот же период времени даны в ряде работ, напечатанных еще в 1880 г., также одним из пионеров русской электротехники Д. А. Лачиновым, пришедшим в своих теоретических изысканиях к таким выводам, которые позже подтвердил на опыте Марсель Депре в 1882 г.
После опытной электропередачи, осуществленной им для демонстрации электропередачи небольшой мощности на Мюнхенской выставке в 1882 г., Марсель Депре в 1883 г. осуществил близ Гренобля (Франция) опыт электропередачи 7 л. с, т. е. мощности, передававшейся Пироцким еще в 1874 г. Дальнейшие опыты Депре электропередачи из Парижа в Крейль и обратно током напряжением около 6000 в, опыты Фонтена, а затем Тюри и других электриков показали практическую возможность передавать значительно большие мощности на значительно большие расстояния. При этом выяснилось, что пределы мощности и расстояния электропередачи тесно связаны с напряжением тока, посредством которого производится электропередача.
В этом отношении постоянный ток, посредством которого осуществлялись все электропередачи, не позволял идти сколько-нибудь далеко, так как надежно работающие генераторы и двигатели постоянного тока удавалось строить только для напряжений до 5–7 и максимум 10 тыс. в. Правда, сначала Фонтеном, а потом Тюри предлагалось соединять для электропередач последовательно несколько генераторов на генераторном конце электропередачи и несколько электродвигателей соединять также последовательно на приемном и, таким образом, повышать напряжение электропередач, и правда, что несколько таких электропередач с напряжением от 2000 до 100 000 в были сооружены, однако все они обладали такими недостатками, что сколько-нибудь значительного распространения получить не могли.
Значительно большие возможности в смысле повышения напряжения электропередач представлял переменный ток. Применяя трансформаторы переменного тока, можно было легко получать токи практически любого напряжения. Однако, с другой стороны, известные в то время электродвигатели переменного тока отличались такими недостатками, которые делали их во многих случаях непригодными для технических целей. Главнейшими из этих недостатков были те, что двигатели при включении тока не приходили сами в движение, а их надо было разворачивать до определенной скорости, и что каждый двигатель мог работать затем только с одной скоростью, зависевшей от числа пар полюсов в нем и частоты питающего переменного тока. При таких свойствах широкое применение двигателей переменного тока не могло иметь места, и применение для электропередач переменного тока становилось вообще нецелесообразным.