Читать книгу "Изобретено в России. История русской изобретательской мысли от Петра I до Николая II - Тим Скоренко"

Но давайте вернемся к технике.

Из России с любовью

Михаил Доливо-Добровольский родился 2 января 1862 года (или 21 декабря 1861-го, если считать по старому стилю) в обеспеченной дворянской семье в Санкт-Петербурге. Сперва его жизнь текла довольно обыденно: родители переехали в Одессу, Михаил закончил реальное училище, а затем поступил в Рижский политехнический институт.

И вот тут произошло событие, которое поменяло всю его жизнь и в какой-то мере техническое развитие всей Европы. 22 июня 1881 года молодого человека исключили из института за участие в студенческих стачках и антиправительственную агитацию. Причем исключили «по полной программе» — с пожизненным лишением права на получение образования в вузах Российской Империи. Но, поскольку у семьи были деньги, Михаила отправили доучиваться в Германию, в Высшее техническое училище в Дармштадте. В Россию Доливо-Добровольский больше не вернулся.

Дармштадское училище определило направленность мысли и работы молодого человека. В здешнем обучении был сильный акцент на электротехнику, имелась даже отдельная кафедра, занимавшаяся этой тематикой, и соответствующий спецкурс. Окончив училище в 1884-м, Доливо-Добровольский в течение трех лет преподавал там же электрохимию, а потом перешел на инженерную работу в компанию Deutsche Edison-Gesellschaft für angewandte Elektricität (можно перевести как «Немецкая компания прикладного электричества Эдисона»). Тут стоит прояснить не совсем точные сведения, которые приводят отдельные авторы. Компания не принадлежала Эдисону. Основал ее предприниматель Эмиль Ратенау, который в 1882 году приобрел права на использование ряда электрических патентов Томаса Эдисона и первое время работал под присмотром американской компании, при том что 100 % акций «стартапа» Ратенау были немецкими. Как только он смог избавиться от надзора американцев, он это сделал, и фирму тут же переименовали в Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft (AEG), то есть во «Всеобщую электрическую компанию».

Хотел ли Доливо-Добровольский вернуться в Россию? Вероятно, да — все его родные остались там. Но он не мог, потому что на родине он не имел даже права на работу. У него не было ни единого шанса. Ему бы просто пришлось жить на содержании у семьи. Нет пророка в своем отечестве.

Токи и моторы

Когда Доливо-Добровольский устроился в AEG, он понял, что педагогика — не его конек. Вообще отзывов о нем как о преподавателе практически нет (не считая информации об открытых лекциях, которые он читал, уже став известным). Скорее всего, он был средней руки педагогом. А вот инженером-конструктором он оказался великолепным. Недаром в AEG Михаила Осиповича позвал сам Ротенау, прочитав несколько исследовательских материалов Доливо-Добровольского на электротехнические темы.

С 1887 года молодой инженер начал заниматься самыми разными прикладными задачами в области электротехники — и, разумеется, читать всю существовавшую тогда литературу по этой теме. Интересно, что Никола Тесла в то же время занимался ровно тем же самым в США и как раз тогда познакомился с промышленником Джорджем Вестингаузом, который взял его на работу и предоставил средства для развития систем многофазного тока. Знаменитая «война токов» между Эдисоном, сторонником постоянного тока, и Теслой и Вестингаузом, сторонниками переменного, могла бы выглядеть при другом раскладе совершенно иначе: Тесла — за переменный двухфазный ток, Доливо-Добровольский — за переменный трехфазный.

Тут отвлекусь и поясню, в чем, собственно, разница и почему это так важно.

Электрический ток, то есть движение заряженных частиц, называется переменным, если с течением времени направление его движения и величина изменяются. Обычно это циклическое изменение, которое можно передать синусоидой. А теперь представьте себе, что мы берем две такие синусоиды и сдвигаем одну из них по горизонтальной (временно́й) оси на некоторое расстояние. Теперь ток, обозначенный первым графиком, достигает своего максимума в один момент времени, а ток, обозначенный вторым графиком, — в другой, хотя в целом их периоды, напряжение, сила одинаковы. Это и есть две фазы одного тока.

Зачем такое нужно? Все становится понятным, если рассмотреть знаменитый двухфазный асинхронный электродвигатель Николы Теслы. У него есть два основных элемента — ротор, который вращается в центре, и окружающий его неподвижный статор. Статор имеет две обмотки, на которые ток из одного источника подается со сдвигом по фазе. Я подчеркну: ток один и тот же, просто на вторую обмотку он подается со сдвигом по фазе относительно первой, если представить графики этих токов, то одна синусоида будет смещена относительно другой на π/2.

В 1820 году Ханс Кристиан Эрстед поставил эксперимент: он помещал над намагниченной стрелкой металлический проводник, через который пропускал ток, и стрелка изменяла свое положение в соответствии с магнитным полем. Тесла понял: для того чтобы запустить магнитный ротор, нужно заставить вращаться магнитное поле статора. Именно для этого и служили обмотки со сдвинутыми по фазе друг относительно друга токами: по сути, то одна, то вторая обмотка «подталкивала» ротор к соседке, а суммарно изменение сил, действующих на ротор, имитировало вращение магнитного поля.

Трехфазный асинхронный двигатель М. О. Доливо-Добровольского с фазным ротором и пусковым реостатом

Источник: «История электротехники», издательство МЭИ, 1999

Параллельно с Теслой созданием электродвигателей переменного тока занимался еще один инженер и ученый — итальянец Галилео Феррарис. В 1888 году Тесла и Феррарис одновременно построили двигатели переменного тока, но Тесла это сделал как инженер, с коммерческими целями и хорошей финансовой поддержкой от Вестингауза. А для Феррариса, ученого в большей мере кабинетного, это был лишь очередной интересный опыт, и хотя итальянец опубликовал описание системы чуть раньше Теслы, но так и не сумел разглядеть в своем изобретении потенциал.

А затем исследовательская статья Феррариса о вращающемся магнитном поле, а заодно и описание конструкции двигателей попались на глаза Доливо-Добровольскому.

Трехфазный ток

Тема увлекла Михаила Осиповича не на шутку. В 1888 и 1889 году он разработал и построил несколько электродвигателей переменного тока, трансформаторов и других приборов, необходимых для, скажем так, всемирной электрической системы. Работы он вел независимо от Теслы, но за конкурентом, конечно, послеживал.

Главным прорывом Доливо-Добрвольского, выведшим его вперед, стала реализация трехфазной схемы. В своем патенте Тесла регистрировал «многофазные» токи и допускал применение более чем двух фаз, но сам работал исключительно с двухфазными системами и был адептом именно такой схемы. Почему? Сложно сказать. У Теслы вообще было много странностей.

Доливо-Добровольский построил первый в мире электродвигатель, работающий на трехфазном токе, то есть разделил входящий поток не на два со сдвигом в π/2, а на три со сдвигом на 2π/3. У такой схемы было много преимуществ: более простая конструкция, бо́льшая экономичность и равномерность работы, а если говорить в целом о применении трехфазного тока, то стоит назвать еще и возможность передавать электроэнергию на расстояния с помощью всего трех проводов и полную уравновешенность системы. По сути, Доливо-Добровольский сделал электродвигатель именно таким, каков он сейчас, разработав различные варианты обмоток, статоров, роторов и получив на них ряд патентов.