Развитие техники переменного тока

Переменный ток от магнитоэлектрических машин умели получать еще в 30--х годах XIX в., но на практике этот вид тока был признан и оценен значительно позже. До середины 70-х годов к генераторам переменного тока обращались эпизодически. Толчком к развитию этого вида электрических машин, как уже отмечалось, послужило изобретение Яблочковым электрической свечи.

К середине 80-х годов появились пригодные для практических целей генераторы переменного тока благодаря многочисленным усовершенствованиям, внесенным Яблочковым, Граммом и английскими учеными и инженерами В. Томсоном (Кельвином), С. Ферранти, В. Мордеем, Д. Гордоном.

В 1870 — 1880-х годах был создан трансформатор. Сначала появились индукционные катушки Яблочкова (еще с разомкнутой магнитной системой), служившие, как уже отмечалось, для «дробления» электрической энергии в осветительных установках. Затем работы И. Ф. Усагина, Л. Голяра, Э. Д. Гиббса и других изобретателей все более приближали аппарат к виду, который можно назвать трансформатором в современном понимании.

В 1884 г. англичане Джон и Эдуард Гопкинсон впервые создали конструкцию с замкнутой магнитной системой, в 1885 г. венгерский электротехник М. Дери и независимо от него С. Ферранти в Англии и А. Кеннеди в США предложили параллельное включение трансформаторов в питающую линию.

Аппарат с замкнутым шихтованным магнитным сердечником разработали венгерские электротехники О. Благи, М. Дери и К. Циперновски и американский инженер В. Стенли. В создании надежных мощных силовых трансформаторов существенное значение приобрело предложенное в конце 80-х годов Д. Свинберном масляное охлаждение.

Уже первые трансформаторы и генераторы однофазного переменного тока, обладавшие достаточно высокими эксплуатационными параметрами, позволили осуществить в 1884 г. пробные передачи электроэнергии на расстояние. Важным событием в истории освоения техники переменных токов стала первая крупная электростанция однофазного тока, построенная в 1885 г. в Дентфорде (близ Лондона) для освещения улиц в западной части города: мощность 1000 кВт, расстояние передачи 12 км при напряжении 10 кВ. Крупные станции однофазного переменного тока в 1887 г. были построены в России: в Одессе и Царском Селе.

Опыт эксплуатации уже первых станций показал большие возможности переменного тока для экономичной передачи энергии на расстояние, но обнаружил и основной его недостаток: ограниченность использования в сфере освещения, так как экономичных электродвигателей однофазного тока не существовало. Победа переменного тока началась с освоения нового физического принципа работы электродвигателей — вращающегося магнитного поля.

Явление вращающегося магнитного поля было открыто в 1885 г. итальянским физиком Г. Феррарисом. Первоначально он пришел к неправильному выводу, что у электродвигателя, построенного на этом принципе, КПД не может быть выше 50%. Это ослабило его интерес к открытому явлению.

Изучавший вращающееся магнитное поле югославский ученый и изобретатель Н. Тесла установил, что с помощью двух или более переменных токов, сдвинутых по фазе, можно получить вращающееся магнитное поле и создать на этом принципе электродвигатель. Тесла также пришел к выводу о целесообразности получения необходимой разности фаз с помощью специального генератора.

В 1887 —1888 гг. он создал схемы и модели многофазных двигателей и генераторов и в их числе двухфазные генератор и асинхронный двигатель — вполне работоспособную систему. Она получила признание, но не нашла широкого распространения, так как оказалась менее совершенной по сравнению со связанной трехфазной системой тока, созданной в Европе. По проекту Теслы была сооружена крупнейшая для того времени Ниагарская гидроэлектростанция двухфазного тока и еще некоторые установки в Америке и Западной Европе.

К 1887—1889 гг. относятся попытки немецкого инженера Ф. А. Хазельвандера и американца Ч. Брэдли получить генераторы и двигатели, приближающиеся к связанной трехфазной системе.

В создании практически целесообразного двигателя трехфазного переменного тока первенствующая роль принадлежала русскому инженеру М. О. Доливо-Добровольскому.

В 1889 г. он создал конструкцию трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Двигатель имел несомненные достоинства: самостоятельно приходил во вращение при включении напряжения, не требуя специального возбудителя, как синхронные двигатели, или дополнительного двигателя для разгона, как двухфазные моторы, его питание осуществлялось с помощью трех проводов, присоединяемых к трем концам обмоток статора вместо четырех проводов при двухфазной системе. Одним из основных его преимуществ по сравнению с машинами постоянного тока было отсутствие скользящих контактов, а значит, и искрения щеток на коллекторе.

Для мощных двигателей Доливо-Добровольский в 1890 г. разработал конструкцию ротора с фазной обмоткой и контактными кольцами. Трехфазные асинхронные двигатели, широко применяемые в промышленности до настоящего времени, в своих принципиальных чертах не менялись с момента их изобретения. Завершающим моментом было создание М. О. Доливо-Добровольским в том же 1889 г. трехфазного трансформатора. Способы генерирования, передачи и распределения электрической энергии по системе трехфазного тока позволяли осуществить экономичное электроснабжение.

Шухардин С. "Техника в её историческом развитии"