Такой трансформатор впервые был изобретен в 1889 г. М.О. Доливо-Добровольским. Интересна инженерная логика создания трехфазного трансформатора, которую продемонстрировал изобретатель. Доливо-Добровольский впервые обратил внимание на то, что заторможенный асинхронный двигатель представляет собой трехфазный трансформатор. Чтобы магнитная система трансформатора была симметричной, она должна иметь пространственную форму с тремя стержнями, на которых расположены обмотки. Вначале его конструкция напоминала машину с выступающими полюсами, в которой был устранен воздушный зазор, а обмотки ротора перенесены на стержни (рис. 7.6) – можно сказать, что это был трансформатор с радиальным расположением магнитопроводов. Продолжая усовершенствовать конструкцию, Доливо-Добровольский предложил несколько типов так называемых «призматических» трансформаторов с более компактной формой магнито- провода (рис. 7.7).
На рис. 7.8 показана эволюция магнитопровода стержневого типа. При соединении в одну конструкцию трех однофазных магнитопроводов получалась довольно сложная пространственная схема магнитопровода, технология изготовления которой оказалась весьма сложной, при этом возрастали отходы трансформаторной стали при штамповке отдельных листов. Это заставило Доливо-Добровольского упростить конструкцию и создать трехфазный трансформатор с параллельным расположением трех стержней в одной плоскости (рис. 7.9). О том, насколько продуманный и совершенной была такая конструкция, можно судить по тому, что она сохранилась до наших дней.
Рис. 7.7. Трехфазный трансформатор призматического типа
Рис. 7.8. Эволюция магнитопровода стержневого типа: Фд, Фд, Фс – магнитные потоки в фазах А, В, С
Рис. 7.9. Трансформатор с параллельным расположением трех стержней
ГЛАВА 8 Человеческий гений создает электрический свет, «подобный солнечному»
Создание П.Н. Яблочковым «электрической свечи»
Создание источников электрического освещения является одним из основополагающих открытий в истории человечества. Первым, кто произнес удивительную фразу о возможности «освещения темного покоя» был выдающийся русский физик В.В. Петров (см. гл. 3). Это он в мае 1802 г. публично продемонстрировал электрическую дугу, полученную от «огромной наипаче» батареи, яркий свет или «пламя» которой «было подобно солнечному». Электрическая дуга получила широчайшее распространение и не только для освещения, например, в прожекторах, но и в электрометаллургии, рудоплавильных печах, пламенно-дуговой резке металлов.
Своим открытием В.В. Петров намного опередил свое время (как это часто бывало в истории науки и техники). Как писал один из биографов, «свет дуги вспыхнул преждевременно», для ее практического применения нужны были более мощные источники электрической энергии, ее не к чему было приспособить. Отпугивало открытое пламя (и отсюда – пожарная опасность), огромная сила света и необходимость регулирования дугового промежутка по мере сгорания углей.
Одним из первых небольшую дуговую лампу с ручным регулированием углей применил в 1844 г. для подсветки предметного стекла в микроскопе известный французский физик Ж. Б. Фуко. Можно себе представить восторг (а возможно, испуг) зрителей зала в Парижском оперном театре в 1847 г., когда в опере Мейербера «Пророк» восход солнца имитировался с помощью дуговой лампы. Практическое применение дуговых ламп стало возможно только после создания механических или электромагнитных регуляторов для регулирования расстояния между сгорающими электродами. Эти регуляторы были первыми электроавтоматическими устройствами в 50- 70 гг. XIX в., и стоимость лампы определялась конструкцией регулятора.
Рис. 8.1. Дуговая лампа с электромагнитным регулятором:
1 – электроды; 2 – электромагнит; 3 – сердечник электромагнита
Одной из первых по времени (1846 г.) конструкцией лампы с электромагнитным регулятором была лампа французского изобретателя Аршро (рис. 8.1). Как видно из рисунка, при сгорании электродов расстояние между ними увеличивалось, ток в цепи уменьшался, и груз вытягивал вверх из катушки нижний электрод. Эту лампу пытались применить для освещения площади перед зданием Адмиралтейства в Петербурге, но она работала ненадежно, и опыты были прекращены. Более удачной была конструкция преподавателя физики Павловского кадетского корпуса талантливого изобретателя А.И. Шпаков- ского (1853). В лампе Шпаковского действовали два регулятора – электромагнитный, поднимавший нижний электрод вверх, и механический, обеспечивавший опускание верхнего электрода. Поэтому, в отличие от лампы Аршро, лампа горела достаточно надежно и ее световой центр не изменялся. Убедительный демонстрацией преимуществ лампы Шпаковского было ее успешное использование известным создателем автоматических устройств генералом К.И. Константиновым во время ответственнейшей церемонии – коронационных торжеств в Москве в 1856 г. по случаю восхождения на престол императора Александра И. На крыше Екатерининского дворца в Лефортово были установлены десять «электрических солнц» Шпаковского (так их называли очевидцы ламп), и огромная площадь темной ночью была ярко освещена. Об этом невиданном зрелище с восторгом писали российские и зарубежные газеты. Наиболее совершенный, но достаточно дорогой, регулятор был создан одним из пионеров электротехники В.Н. Чико- левым (1869-1879 гг.), применившим для этих целей электрический двигатель («электромашинный» регулятор Чиколева).
Поистине революционным событием в создании надежных дуговых ламп была лампа без регулятора – «электрическая свеча» П.Н. Яблочкова.
Павел Николаевич Яблочков родился 2 сентября 1847 г. в имении обедневших мелкопоместных дворян Сердобского уезда Саратовской губернии. Еще обучаясь в Саратовской гимназии, Яблочков начал проявлять склонность к изобретательству, ставшим позднее делом всей его жизни. В 1863 г. он был зачислен в известное в Петербурге Николаевское военноинженерное училище. Через три года, получив звание подпоручика Саперного батальона инженерной команды Киевской крепости, Яблочков начал инженерную деятельность, но, не получив ожидаемого удовлетворения, в 1867 г. увольняется в отставку и поступает в Техническое гальваническое заведение, чтобы получить электротехническое образование – его все больше начинают интересовать успехи электротехники. С 1872 г. П.Н. Яблочков назначается помощником начальника телеграфной службы Московско-Курской железной дороги. В Москве он знакомится с известными электротехниками, участвует в работе Постоянной комиссии отдела прикладной физики Политехнического музея. Он, проявив незаурядное мастерство, изготавливает черно-пишущий телеграфный аппарат для открывающейся в Москве Политехнической выставки.
Судьбе было угодно заинтересовать Яблочкова проблемой создания надежных дуговых ламп. Осенью 1874 г. по Московско-Курской железной дороге должен был проезжать на отдых в Крым император Александр И. Администрация дороги задумала в целях безопасности движения осветить поезду императора железнодорожный путь в ночное время. Яблочкову, как инженеру, проявлявшему интерес к электрическому освещению, было предложено осуществить это ответственнейшее мероприятие, тем более, что у полиции имелись сведения о готовившемся покушении на царя. На специальной площадке паровоза Яблочков стоял в дубленом полушубке, держа в руках регулятор дуговой лампы Фуко, и с помощью пружин поддерживал надежную дугу, освещавшую железнодорожный путь. Большая батарея гальванических элементов размещалась в соседнем багажном вагоне. Как говорят, Яблочков «продрог до костей», стоя на холодном ветру, непрерывно подкручивал регулятор и следил за исправностью электропроводки. Эксперимент закончился удачно. Это был первый в мире опыт установки прожектора на паровозе; подобный случай был описан во французской печати только спустя восемь лет (в 1882 г.).
Надо думать, что Яблочков еще раз убедился в неэффективности регуляторов дуговых ламп, и вскоре ему удалось найти поистине гениальное решение: создать знаменитую «электрическую свечу» – дуговую лампу без регулятора.
Это изобретение было сделано в 1876 г. при необычных обстоятельствах. Служба на железной дороге все больше тяготила Яблочкова, особенно после того, как он стал ощущать потребность в самостоятельных экспериментах в области электротехники.
Вместе со своим другом, талантливым изобретателем Н.Г. Глуховым, он создает мастерскую по ремонту электротехнических приборов и устройств – электрических машин, регуляторов дуговых ламп, аккумуляторов, аппаратов, используемых при электролизе в гальванопластике, электротерапии. Подобной мастерской в Москве не было, и Яблочков надеялся, что выполняя заказы различных клиентов, он одновременно сможет заниматься любимым делом – изобретательством и реализацией многих идей, возникших у него при эксплуатации разнообразных электротехнических устройств. Он также надеялся улучшить свое весьма скромное финансовое положение.
