Рис. 5.18. Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором и пусковым реостатом
Высокоэкономичные, надежные электродвигатели занимают ведущее положение в современном электроприводе и, по прогнозам ученых, сохранят это преимущество до середины XXI в. В 1891 г. Михаил Осипович создает трехфазный трансформатор (см. гл. 7), и тем самым разрабатывает все элементы новой комплексной системы, открывшей дорогу современной электрификации.
Летом 1891 г. Доливо-Добровольский продемонстрировал всему миру невиданные успехи трехфазных систем. В этом году в Германии во Франкфурте-на-Майне должна была открыться Международная электротехническая выставка, где предполагалось показать новейшие достижения в передаче и распределении электрической энергии. Фирме АЭГ было предложено осуществить передачу электроэнергии из местечка Лауфен, где имелась гидросиловая установка на реке Неккар, во Франкфурт на невиданное для того времени расстояние 170 км. Доливо-Добровольский взялся за решение этой сложной задачи, чтобы, как он писал, – не «… навлечь на мой трехфазный ток несмываемого позора».
В течение полугода были спроектированы и изготовлены небывалые по мощности асинхронный двигатель (75 кВт), синхронный генератор мощностью 230 кВт и трансформаторы (100-150 кВ* А). В Лауфене напряжение повышалось с 95 до 15 000 В, по трехфазной цепи энергия передавалась во Франкфурт, где напряжение понижалось до 65 В. Коэффициент полезного действия передачи, вопреки предсказаниям скептиков, оказался очень высокий – более 75 %. Выставку освещали 1000 электрических ламп, трехфазный асинхронный двигатель приводил в действие гидравлический насос, подававший воду для ярко освещенного декоративного водопада.
Эта электропередача стала подлинным триумфом трехфазных систем и мировым признанием выдающегося вклада в электротехнику, сделанного М.О. Доливо-Добровольским, которому тогда исполнилось всего 29 лет! По всеобщему признанию специалистов, с 1891 года берет свое начало современная электрификация.
Многие годы Михаил Осипович мечтал о возвращении в Россию. В 1899 г. он прибыл в Петербург для участия в работе Первого Всероссийского электротехнического съезда, где выступил с докладом о влиянии трехфазных систем на прогресс электротехники. В Петербургском политехническом институте предполагалось открыть новый электромеханический факультет, и Доливо-Добровольский согласился стать его деканом. Но руководство АЭГ отнеслось к этому отрицательно, требуя выполнения им всех договорных обязательств. Как писал Михаил Осипович ему еще быть «…три года в некотором рабстве». Но он помогал Политехническому институту в приобретении лабораторного оборудования, подарил институту свою богатейшую библиотеку. Но через три года резко обострилась его сердечная болезнь, вынудившая его уехать в Швейцарию для лечения. После его возвращения в Берлин вскоре началась Первая мировая война, и он, как русский подданный, должен был покинуть Германию, и оставаться в Швейцарии до конца военных действий.
За год до кончины Михаил Осипович еще раз продемонстрировал всему миру свои выдающиеся способности ученого и инженера. В ноябре 1918 г. он выступил с докладом на заседании Электротехнического общества, в котором ко всеобщему удивлению пророчески предсказал, что в будущем при передаче электроэнергии на расстояния до 1000 км и напряжением порядка 200 кВ экономически целесообразным будет переход к электропередачам на постоянном токе. Как писал один из биографов, его доклад «произвел впечатление взорвавшейся бомбы». В наши дни сбылись предсказания «великого инженера», как его называли современники.
Но здоровье Михаила Осиповича продолжало ухудшаться, его перевезли в академическую больницу г. Гейдельберга, где 15 ноября 1919 г. он скончался.
Все крупнейшие электротехнические журналы мира в своих некрологах отмечали выдающиеся заслуги Михаила Осиповича в закладке фундамента электрификации. Еще при жизни, в 1903 г. Совет Петербургского электротехнического института присвоил ему звание «почетного инженера», а в 1911 г. он был избран «почетным доктором-инженером» в Высшей технической школе г. Дармштадта.
Память о Михаиле Осиповиче свято чтут в нашей стране. Его выдающиеся изобретения освещены во многих монографиях и научных трудах, в учебниках и учебных пособиях по электротехнике в технических вузах. А всего несколько лет назад ученые Польши документально установили польское происхождение Доливо-Добровольского, его предки были поляками, даже был найден «семейный герб Доливо». В 2001 г. в г. Щецине был заложен сквер им. Доливо-Добровольского и памятный камень.
ГЛАВА 6 Как был открыт закон Ома
В наши дни каждый старшеклассник знает о фундаментальном законе электрической цепи, открытом выдающимся немецким ученым Георгом Омом и носящем его имя.
К концу первой четверти XIX в., когда Ом проводил свои эксперименты, уже были созданы первый источник электрического тока – «вольтов столб» и обнаружены многие свойства электрического тока. Но выводы многих ученых носили в основном качественный характер, и все более возникала потребность в установлении количественных закономерностей в электрической цепи.
Однако в то время не существовало соответствующих измерительных приборов и не было известно, какие величины нужно измерять: такие понятия, как напряжение, сопротивление проводника не были общепринятыми среди физиков. И только создание Омом оригинального высокочувствительного электроизмерительного прибора позволило ему, преодолевая немало трудностей, установить основной закон электрической цепи.
Следует отметить, что за кажущейся простотой самой формулы закона Ома скрывается не только глубокий физический смысл, но и полная драматизма история открытия закона, когда Ому потребовалось немало оптимизма и сил, чтобы доказать справедливость своих утверждений.
Георг Симон Ом родился 16 марта 1789 г. в немецком городе Эрлангене в семье потомственного слесаря; дед Ома тоже был слесарем. Благодаря усилиям отца, мечтавшего дать сыну высшее образование, Георг после успешного окончания гимназии под руководством трех профессоров Эрлангенского университета стал готовиться к поступлению в университет и углубленно изучать математику, физику и философию.
Но путь сына потомственного слесаря к званию доктора философии был нелегким. Из-за материальных трудностей Георг через год покинул университет и стал учителем физики и математики вначале в одной из швейцарских школ. При этом он продолжал самостоятельно готовиться к завершению высшего образования. В 1811 г. он возвращается в Эрланген, успешно заканчивает университет и получает степень доктора философии.
Через несколько лет Георг становится учителем в Иезуитской коллегии г. Кельна, где была хорошо оборудованная физическая лаборатория, и Ом получил возможность серьезно заняться экспериментами в области электромагнетизма.
По мнению Ома, в то время (1820 – 1821) наименее разработанной была «проблема гальванического тока», и поэтому в этих вопросах он менее всего «мог ожидать конкуренции». Ом начал изучать свойства всех уже известных источников тока, а также проводников, соединяющих их полюса. Особенно важно было выяснить их способность «проводить электричество» в зависимости от длины, поперечного сечения и вида материала.
Ом впервые разрабатывает методику измерений электропроводности проволок из платинизированной меди различной длины, имеющих одинаковое поперечное сечение. В первых опытах источником тока служил обыкновенный «вольтов столб», но вскоре Ом заменил его более стабильным источником тока – термоэлементом. Интенсивность электрического тока измерялась уже известным в то время наиболее точным прибором – крутильными весами Кулона, изобретенными французским ученым и инженером в 1784 г. Кулон установил, что металлические проволоки «имеют силу кручения, пропорциональную углу кручения». Легкое «коромысло», на одном из концов которого укреплялся бузиновый шарик, подвешивалось на тонкой серебряной нити, и шарик, получая электрический заряд, отталкивался, закручивая нить. С помощью специального «микрометрического круга» определялись угол кручения и сила, действующая на шарик. Но Ому нужно было измерять не заряд, а «силу» электрического тока. Поэтому он усовершенствовал «весы» Кулона, создав новый совершенно оригинальный электроизмерительный прибор (рис. 6.1, д, б). Зная об отклонении магнитной стрелки электрическим током, открытым в 1819 году датским физиком Эрстедом, Ом вместо коромысла с бузиновым шариком подвешивал над проводником магнитную стрелку и по углу ее отклонения определял магнитное действие электрического тока от термоэлемента с парой металлов «медь – висмут» (рис. 6.1, б).
Висмутовая полоса термоэлемента abb'а' (рис. 6.1, а) изгибалась в виде вытянутой буквы «П», а к ее концам привинчивалась медная полоса. Для поддержания разности температур концов термопары Ом изготовил два свинцовых сосуда – в один наливалась вода, доводимая до кипения спиртовкой, другой сосуд набивался мелко колотым льдом со снегом (рис. 6.1, б).
