Никола Тесла - Лекции

Прежде чем углубиться в подробное описание этой системы, я полагаю необходимым сделать несколько замечаний касательно определенных условий, существующих для генераторов и двигателей постоянного тока, которые, хотя и широко известны, часто игнорируются.

Наши динамо-машины, и это хорошо известно, производят переменный ток, который мы выпрямляем посредством коллектора, сложного устройства и, скажем прямо, источника почти всех неприятностей при эксплуатации машин. Таким образом, полученные постоянные токи нельзя использовать в машинах, они должны быть — опять-таки при помощи подобного ненадежного устройства — преобразованы в свое первоначальное состояние — переменный ток. Функции, которые выполняет коллектор, носят внешний характер, и он ни в коем случае не воздействует на внутренний процесс работы машины. Следовательно, в действительности все машины — это машины переменного тока, а постоянными они являются только на участке внешней цепи при переходе от генератора к двигателю. Поэтому и только поэтому переменный ток более предпочтительное воплощение электроэнергии, а использование постоянного тока может быть оправдано только в том случае, если у нас имеются динамо-машины, которые вырабатывают, и двигатели, которые непосредственно используют такой ток.

Но действие коллектора двигателя двойное: во-первых, он реверсирует ток через двигатель и, во-вторых, он действует автоматически, поступательно сдвигая полюса одной из магнитных составляющих.

Осознав, что эти операции в системе бесполезны, необходимо заявить, что выпрямление переменного тока генератора и изменение направления тока в двигателе должны быть исключены, чтобы вызвать вращение двигателя, необходимо обеспечить поступательное смещение полюсов одного из его элементов.

И тогда сам по себе встает вопрос: Как этого добиться при помощи прямого действия переменного тока? Далее я расскажу, как мы пришли к такому эезультату.

В первом эксперименте барабан якоря состоял из двух пар катушек, расположенных друг к другу под прямым углом, а концы этих обмоток соединялись с двумя парами изолированных контактных колец как обычно. Кольцо изготовлено из тонких изолированных пластин листовой стали, на которое намотаны четыре катушки, каждые две противоположные катушки соединены последовательно, чтобы создать свободные полюсы на диаметрально противоположных сторонах кольца. Свободные концы катушек соединены с контактными кольцами ротора генератора так, чтобы образовать две независимые цепи, как показано на рисунке 9. Теперь понятно, для чего были предприняты такие действия, и я перехожу к диаграммам, то есть рисункам с 1 по 8а. При вращении ротора в генераторе с независимым возбуждением в катушках СС возникает ток, изменяющийся по величине и направлению в соответствии с хорошо известным законом. В положении, показанном на рисунке 1, ток в обмотке С равен нулю, в то время как катушка С пересечена максимальным магнитным потоком и подключения могут быть такими, что кольцо статора будет намагничено катушками C tC f так, как это обозначено символами NS на рисунке 1а. Эффект намагничивания от катушек СС равен нулю, так как эти катушки включены в цепь катушки С.

На рисунке 2 обмотки якоря показаны повернутыми на одну восьмую оборота. Рисунок 2а показывает соответствующее магнитное состояние кольца. В этот момент обмотка с, вырабатывает ток того же направления, что и прежде, но слабее, в то же время образовывая на кольце полюсы обмотка с также вырабатывает ток того же направления, причем соединения таковы, что витки сс образовывают полюсы ns, как показано на рисунке 2а. Результирующая полярность обозначается буквами NS и следует помнить, что полюсы кольца сдвинуты на одну восьмую относительно окружности.

На рисунке 3 якорь [ротор] завершил оборот на одну четверть. В этой фазе ток в обмотке С максимальный и такого направления, чтобы создать полюсы NS (на рисунке За), поскольку ток в обмотке С, равен нулю и контур находится в нейтральном положении. Полюсы NS, таким образом, сдвинуты на одну четверть по отношению к окружности кольца [4] Здесь термин «кольцо» употребляется в смысле «кольцевой магнитопровод». [ротора].

Рисунок 4 показывает обмотку С С в еще более сдвинутом положении, когда якорь завершил оборот на три восьмых. В этот момент обмотка С всё гще вырабатывает ток того же направления, как и прежде, но слабее, в то же время образуя сравнительно слабые полюсы ns (на рисунке 4а). Ток в обмотке С той же силы, но обратного направления. Результат этого, следовательно, в образовании на кольце полюсов п 1 и s 1 как показано на рисунке, и полярности NS, причем полюсы теперь сдвинуты на три восьмых по отношению к окружности кольца.

На рисунке 5 показано, что якорь завершил оборот наполовину, а результирующее магнитное состояние кольца показано на рисунке 5а. Теперь ток в обмотке С равен нулю, в то время как обмотка С 1вырабатывает наиболее сильный ток того же направления, что и прежде; намагничивание сейчас производят витки с 1с 1 и только они, как показано на рисунке 5а, причем следует помнить, что полюсы NS сдвинуты по отношению к окружности кольца наполовину. Во время второй половины оборота все действия повторяются, как показано на рисунках с 6 по 8а.

Рисунки помогают понять, что во время одного оборота якоря генератора полюсы кольца один раз оборачиваются по окружности и каждый оборот производит одинаковый результат, при этом полюсы вращаются очень быстро, находясь в согласии с вращением якоря. Если реверсировать подключение одной из обмоток, то направление вращения полюсов изменится на противоположное направление, но действия при этом будут совершаться те же. Вместо того чтобы использовать четыре провода, с тем же успехом можно использовать три, причем один будет обратным для обоих контуров.

Это перемещение, или вращение полюсов, проявляется в ряде любопытных явлений. Если стальной диск или диск, изготовленный из любого другого магнитного металла, аккуратно насаженный на какую-либо ось, поднести к кольцу, он начинает быстро вращаться, причем направление вращения изменяется в зависимости от положения диска. Например, снаружи и изнутри кольца он движется в противоположных направлениях, оставаясь в покое в положении, симметричном кольцу. Это легко объяснить. Каждый раз при приближении полюса, этот полюс индуцирует на ближайшей точке диска противоположный полюс и возникает притяжение; благодаря этому полюс сдвигается далее и возникает тангенциальное притяжение. Действие повторяется