Михаил Шателен - Русские электротехники
В последних фразах Доливо-Добровольского слышится отзвук тех длительных споров о приоритете и тех дискуссий о достоинствах и недостатках трехфазного тока, которые возбудило осуществление Франкфуртской трехфазной установки. Доливо-Добровольский намекает на это в самом начале своего доклада на Съезде 1899 г. «Несмотря на то, что вращающееся магнитное поле было открыто профессором Феррарисом за 5–6 лет до Франкфуртской выставки и имело, в свою очередь, предвестников (см., например, работы Депре, Бейля и др.), несмотря на то, что опыты Тесла, а также и мои существовали уже года за два до этой выставки, все же год этой выставки (1891) должно считать, так сказать, годом рождения трехфазного тока. Техника не заботится много о лабораторных опытах, мало интересуется теоретическими размышлениями и возможностями, она приветствует открытия лишь тогда, когда ей покажут, что из них можно кое-что сделать, покажут, хотя бы не в законченной, но по крайней мере, в сколько-нибудь практической форме. В 1891 г. и были показаны первые действительные трехфазные двигатели»… Хотя вскоре после этой выставки, отчасти же и во время ее, появилось много нападок на новую систему, — но это было явлением вполне нормальным; как и при всех нововведениях, одни заступались за дорогую им старину, другие же отрицали заслуги пионеров, которые будто бы по существу ничего нового не сделали. Из борцов против трехфазного тока выдавались тогда Свинбурн в Англии, Дери в Австрии и Броун в Швейцарии… Последний (Броун), несмотря на свое сотрудничество со мной вначале, боролся в целом ряде статей против трехфазных проводов и против двигателей со щетками, предвещая успех однофазному току».
С Броуном Доливо-Добровольский вел довольно длительную полемику на страницах специальных журналов. Надо, однако, отметить, что в дальнейшем Броун изменил свое отношение к трехфазному току, и фирма, в которой он принял самое деятельное участие, швейцарская фирма Броун-Бовери, явилась одним из крупнейших мировых поставщиков оборудования для всякого рода трехфазных установок.
Свои двигатели трехфазного тока Доливо-Добровольский описывает так: «Внешняя неподвижная часть двигателя (остов) имеет, так называемую, первичную или намагничивающую обмотку, тогда как в якоре (подвижная часть) протекают индукционные токи, почему эта часть не требует сообщения с внешней цепью… Простейшая форма якоря — это, так называемый, замкнутый якорь с обмоткой, напоминающей известное колесо для белок (фиг. 30). Подобные якоря… представляют идеал простоты устройства и надежности действия…
Замкнутый якорь представляет при известных условиях (большая мощность, нагрузка) затруднения при пускании в ход. Наиболее выгодное в смысле экономии тока и плавное пускание в ход трехфазного двигателя производится введением сопротивлений (реостатов) во вторичную (якорную) обмотку{5}. С этой целью якорь снабжается правильной обмоткой, подобной внешней намагничивающей. Эту вторичную обмотку делят на три фазы и концы ее приводят в сообщение с гладкими, изолированными от оси «контактными кольцами». Через посредство щеток, трущихся на этих кольцах, можно посредством реостата постепенно замыкать якорную обмотку на себя все с меньшим и меньшим сопротивлением, пока не получится совершенно короткого замыкания. При этом двигатель начинает вращаться совершенно спокойно и плавно, потребляя ничуть не больше тока, чем это соответствует преодолению механического сопротивления, совершенно так же, как это бывает при постоянном токе.
При подобных двигателях с «контактными кольцами» можно регулировать скорость в пределах от полной нормальной до нуля, как угодно, однако с потерей энергии в таком же отношении, как при регулировании двигателей постоянного тока помощью сопротивлений в цепи якоря».
На фиг. 31 и 32 даны схемы двигателей трехфазного тока с «замкнутой» обмоткой и с «контактными кольцами» и пусковым реостатом, демонстрировавшиеся Доливо-Добровольским во время его сообщения.
Из приведенных выдержек, из текста сообщения Доливо-Добровольского и приведенных рисунков можно видеть, насколько мало изменились двигатели, изобретенные Доливо-Добровольским почти 60 лет тому назад и демонстрировавшиеся на выставке во Франкфурте в 1891 г. В своем докладе Доливо-Добровольский привел также данные о коэффициентах полезного действия и коэффициенте мощности своих двигателей при разных нагрузках (фиг. 33 и 34), показывающие, что при самом своем появлении трехфазные двигатели Доливо-Добровольского обладали достаточно высокими качествами.
Таким образом, Доливо-Добровольским был решен основной вопрос, определивший судьбу трехфазных токов, — вопрос об электродвигателях. Им же был решен вопрос о трансформаторах трехфазного тока, весьма важный для трехфазных электропередач. Еще в 1890 г. Доливо-Добровольский предложил для трехфазных токов, вместо трех обычных однофазных трансформаторов, применять один, специально приспособленный для трехфазных токов. Отличие такого трехфазного трансформатора от однофазного состояло в том, что он имеет три магнитных сердечника с обмотками, а не два. Сердечники соединяются на каждом конце кольцеобразным ярмом так, что в трехстержневом сердечнике образуются три сцепленных магнитных потока (фиг. 35). Против трехфазных трансформаторов вначале много возражали, но, как известно, практика решила вопрос в пользу их применения во всех случаях, кроме случая применения очень мощных трансформаторов, когда по целому ряду соображений предпочитают применять группы из трех однофазных трансформаторов.
Таким образом, Доливо-Добровольским были изобретены и разработаны все элементы для трехфазной передачи энергии и для распределения энергии между потребителями как осветительными, так и силовыми.
Первой демонстрацией мощной, по тому времени, трехфазной электропередачи была передача, устроенная между Лауфеном на р. Неккар и Франкфуртом-на-Майне в 1891 г. по случаю электротехнической выставки во Франкфурте, бывшей в том же году.
Франкфуртская электротехническая выставка 1891 г. играет в истории электротехники переменного тока роль, подобную той, которую десятью годами раньше играла первая электрическая выставка в Париже вообще в истории электротехники. Как Парижскую выставку считают эпохой, с которой начала развиваться современная электротехника, так Франкфуртскую выставку надо считать эпохой зарождения электротехники трехфазного тока, внесшей переворот в решения целого ряда электротехнических проблем и решившей много вопросов, до того считавшихся почти неразрешимыми. Среди них основную задачу — задачу об электрической передаче энергии на большие расстояния, которую до тех пор не удавалось решить сколько-нибудь удовлетворительно как с технической, так и с экономической точек зрения. Основной причиной была, как известно, невозможность, с одной стороны, получения от динамомашин постоянного тока достаточно высокого напряжения для больших электропередач, с другой стороны, — невозможность трансформировать постоянные токи средних напряжений, которые удавалось получить от динамомашин постоянного тока и которые были достаточны для небольших электропередач (5–7 тыс. в), в токи таких напряжений, которые требовали приемники (100–500 в). Применение однофазного тока было исключено из-за отсутствия пригодных для практики двигателей однофазного тока.
Применение трехфазного тока устраняло все эти затруднения, и Лауфен-Франкфуртская электропередача была блестящей иллюстрацией мирового значения изобретений Доливо-Добровольского.
Вот как описывает эту электропередачу русский инженер Р. Э. Классон, участвовавший в сооружении первой в мире трехфазной электропередачи, в заметке, посвященной официальному отчету о работах испытательной комиссии при Франкфуртской электротехнической выставке 1891 г.
«Отчет по группе Передача силы из Лауфена во Франкфурт представляет такой богатый материал, что разбор его потребовал бы отдельной статьи. Мы ограничимся поэтому указанием результатов, которые достигнуты были этим единственным по размерам опытом: при напряжении от 7500 до 8500 вольт общий коэффициент полезного действия электропередачи доходил до 75 %, результат, несомненно, чрезвычайно благоприятный, если принять во внимание дальность расстояния (170 километров). По мнению Комиссии передача на столь далекое расстояние током высокого сравнительно напряжения (7500–8500 вольт) совершается так же легко и просто, как передача на большие расстояния при низком напряжении… При опытах с током очень высокого напряжения (до 28 000 вольт) обнаружилось сильное влияние емкости линии… При этом напряжении (число периодов пришлось понизить до 24 в секунду) общий коэффициент полезного действия при передаче во Франкфурте 180 действительных сил был около 75 %… Вообще можно сказать, что опыты с током выше 15–28 тыс. вольт указали на целый ряд интересных явлений, требующих дальнейшей разработки, как на пример, укажем на повышение напряжения в конце первичной цепи у трансформаторов на 8–9 % против начального напряжения у зажимов машины — под влиянием электростатической емкости линии».