Анатолий Томилин - Рассказы об электричестве

Судя по рисунку и описанию «Р. М.», все его мысли имели удивительно правильное направление. Тем загадочнее была тайна его имени. Однако любопытство это не было удовлетворено. До сего дня историки так и не знают, кто скрывался за короткой подписью из двух букв. И имя, может быть, еще одного гения электротехнической мысли нам неизвестно…

Многие ученые и изобретатели, увлекшись открывшимися перспективами превращения механической энергии в электрическую, строили и совершенствовали магнитоэлектрические машины. Большинство из них носило характер демонстрационных моделей. Однако генератор, разработанный Б. С. Якоби для подрыва минных запалов, и громоздкая машина французской фирмы «Альянс», предназначенная для питания дуговых ламп и устройств гальванотехники, уже служили техническим целям. И все-таки слишком много было у первых генераторов принципиальных недостатков, чтобы они могли получить быстрое и широкое распространение.

Прежде всего следовало бы отметить быстрое размагничивание постоянных магнитов, после чего машина превращалась просто в груду тяжелого металла. Но и в новых, только что созданных генераторах многое не удовлетворяло потребителей. Поскольку первоначальные якоря обладали явно выраженными полюсами, магнитный поток сильно пульсировал и большая часть энергии тратилась на перемагничивание. Постоянный ток тоже не одинаковым, меняя свою силу.

Внимание изобретателей было устремлено на улучшение выпрямления получаемого тока. Для этого они разрабатывали всевозможные приспособления — коммутаторы — до тех пор, пока не появился коллектор, сохранившийся в почти неизменном виде до наших дней.

Мощные машины, построенные в начальном периоде, тратили столько энергии на потери в стали, что их приходилось непрерывно охлаждать. Естественно, что это съедало значительную долю вырабатываемой мощности.

Все эти недостатки как бы сами собой указывали путь, по которому должна была двигаться конструкторская мысль. И люди не оставляли эти подсказки без внимания.

В 1851 году немецкому полковому врачу Вильгельму Йозефу Синстедену, занимавшемуся исследованием электрической машины, пришла в голову идея: а почему бы не заменить в машине громоздкий и такой ненадежный постоянный магнит электромагнитом? Мысль кажется простой до очевидности. Но это сейчас, сегодня. А тогда пришлось ждать ее реализации довольно долго. Сначала питание обмоток электромагнита (в дальнейшем будем называть их обмотками возбуждения) предполагалось от батареи гальванических элементов. Но это нарушало смысл, главное предназначение первых машин — полностью заменить собой гальванические элементы. Поэтому так кстати пришлась идея английского физика Генри Уайльда, задумавшего заменить батарею еще одной магнитоэлектрической машиной. Он попробовал привести свой замысел в исполнение и получил первый генератор с независимым возбуждением.

И тогда целый ряд инженеров предложили почти одновременно в разных странах питать обмотки возбуждения не от отдельной машины, а от собственного якоря. Родился принцип самовозбуждения, ознаменовавший новую эру в электромашиностроении.

Понятно, что такой переворот не мог пройти гладко. Документы того времени наполнены взаимными обвинениями изобретателей в плагиате. Одной из первых таких машин с использованием принципа самовозбуждения явился генератор Сорена Хиорта — датского изобретателя, имя которого редко упоминается в истории техники.

С. Хиорт был судебным чиновником. Увлеченный техническими идеями, волновавшими его время, он с целью самообразования посещал Копенгагенский университет, где слушал лекции X. Эрстеда. В дальнейшем, работая на железной дороге, молодой изобретатель пытался применить на ней электродвигатель. Опыты привели его к открытию явления самовозбуждения. И в 1852 году он представил научному обществу в Копенгагене описание и чертежи машины с самовозбуждением, а два года спустя взял английский патент на такую машину. Позже он усовершенствовал замысел и осуществил свою конструкцию.

Сорен Хиорт, по воспоминаниям современников, был очень энергичным человеком. Казалось, все сосредоточилось в его руках: патент, опытный образец машины… Почему же открытый им принцип самовозбуждения не получил развития и не был практически реализован сразу?

В биографии Хиорта написано: «Сын крестьянина. Образование получил самоучкой». Никакой промышленной базы и средств для ее организации у него не было. Он несомненно опередил время, совершив скачок вперед в ходе практического развития электрической машины. Все это и привело к тому, что его идеи не нашли в практике общества достаточно подготовленной почвы.

Интересно отметить и еще одно обстоятельство, которое могло отрицательно повлиять на оценку его работ. Скомбинировав генератор с самовозбуждением вместе с электромагнитным двигателем, Хиорт получил нечто вроде вечного двигателя. Однако еще в 1775 году Парижская академия наук отказалась рассматривать проекты вечных двигателей, объявив их химерой. А после того как был открыт закон сохранения энергии, вера в возможность осуществления подобного устройства была окончательно подорвана во всем мире. Люди же, разрабатывающие подобные неосуществимые проекты, теряли в глазах общества всякий авторитет.

Переход электрических машин на принцип самовозбуждения стал крупным шагом в развитии электромашиностроения. Неудивительно, что вокруг вопроса о приоритете в этой области разгорелись бесконечные споры.

Долгое время конструирование электромагнитов, в том числе и для электрических машин, не выходило за рамки интуиции изобретателей, что, разумеется, сильно сдерживало развитие новой техники. Но вот в 1872 году доцент Московского университета Александр Григорьевич Столетов защищает докторскую диссертацию на тему «Исследование о функции намагничения мягкого железа». Работая в лаборатории Кирхгофа в Гейдельберге, Столетов проделал большое количество опытов за время своей шестимесячной командировки и фактически разработал основы методов расчета магнитной цепи. А с 1880 года, после открытия немецким физиком Эмилем Габриэлем Варбургом явления гистерезиса, когда всем стало ясно, что циклическое намагничивание ферромагнетиков связано с потерей механической, а следовательно, и электромагнитной энергии, исследователи смогли перейти от грубой эмпирики к осмысленному, достаточно строгому проектированию электрических машин, аппаратов и приборов.