Лекции

Эпилог

Для того, чтобы понять всю важность и по достоинству оценить масштаб той борьбы, которую Никола Тесла вел за идею переменного тока, нам следует попытаться вспомнить те времена. Цивилизованный мир, старая и новая его части, находился в полной зависимости от постоянного тока, поскольку он мог вырабатываться и поставляться в сеть постоянно и в одинаковом количестве. А началось всё с изобретения электрических аккумуляторных батарей. Позже, когда возникла потребность в электрическом моторе большей мощности и появились местные электростанции, были сконструированы динамо-машины для производства такого тока и двигатели, питающиеся им. Однако это привело к созданию линий электропередачи и опор для них. Развитию такой системы передачи энергии очень способствовала лампа Эдисона с тонкой графитовой нитью, склонной к перегоранию. В развитие таких систем и приспособлений были вложены огромные средства, в особенности в последние десятилетия XIX века. Когда Никола Тесла прибыл в Нью-Йорк в 1884 году, казалось, что процесс усовершенствования таких систем бесконечен.

Однако такая система имела много ограничений в техническом плане и, как следствие, в экономическом. Напряжение на выходе динамо-машин не могло быть достаточно высоким для использования длинных и тонких проводов. Так, длина проводов не могла быть более 1 000 км и они были достаточно толстыми для того, чтобы избежать больших потерь энергии. Вот почему города были буквально напичканы небольшими термоэлектрическими станциями, способными питать не более 100 ламп или, в лучшем случае, два электромотора. Над городскими улицами висела паутина проводов постоянного тока. В те времена большим достижением для Европы была линия электропередачи длиной 57 км мощностью всего 300 ватт.

Единственной сферой применения однофазного переменного тока было электрическое освещение, которое стало возможным благодаря изобретению Голлардом однофазного трансформатора.

Однако такой ток был непригоден для электромоторов до тех пор, пока Никола Тесла не открыл вращающееся магнитное поле и не построил на этой основе свой асинхронный электромотор, а затем и генераторы многофазного переменного тока и трансформаторы для них. Тесла описал свои изобретения в патентах за номерами 381.968, 381.969 и 382.279 (электромагнитные двигатели); 390.414, 390.721, 390.415 (электрические динамо-машины); 555.190 (двигатели переменного тока) и 382.280, 382.281, 381.970, 390.413, 487.796, 511.915, 511.559 (передача и распределение электроэнергии), но перед этим он прочел лекцию в Американском институте электроинженеров (16 мая 1888 г.), которая называлась «Новый принцип устройства двигателей и трансформаторов переменного тока».

После этой лекции стало ясно, что открылась новая эра в производстве, преобразовании и передаче многофазных электрических токов и применении их в электродвигателях. Все научные и профессиональные журналы в Америке и Европе опубликовали эту лекцию целиком или ее наиболее важные моменты. В лекции Тесла рассказал о двух типах асинхронных двигателей: первый тип вращается с постоянной скоростью и любой нагрузкой (синхронные моторы), но имеет низкий пусковой момент; второй тип хорошо работает с любой переменной нагрузкой, пропорционально понижая количество оборотов (от синхронного количества), но имеет значительный пусковой момент. Тесла особо подчеркивал, что оба полезных свойства могут с успехом применяться в одном комбинированном двигателе, при условии правильного построения цепи.

В подтверждение теоретических выкладок в заключительной части лекции многоуважаемый профессор Энтони продемонстрировал два небольших электромотора конструкции Теслы и доказал их простоту и способность бесперебойно работать.

Эти разработки были основаны на вращающемся магнитном поле, о котором Тесла размышлял еще будучи студентом в Будапеште в 1882 году. Именно тогда у него зародилась идея создать такое поле при помощи переменного тока.

В своей лекции Тесла, во-первых, упомянул о бесполезности коллекторов в машинах постоянного тока и потерях, которые они вызывают при неизбежном искровом повреждении во время перегрузок, а также о повреждении изоляции между медными пластинами коллектора.

Когда ротор вращался в постоянном магнитном поле, коллектор преобразовывал фактически возникающий в генераторе переменный ток в постоянный, в то время как мотор преобразовывал постоянный ток, возникающий в генераторе, обратно в переменный, в результате чего ротор вращался в постоянном магнитном поле. Тесла интуитивно уловил эту идею и поделился ею со своим профессором в Граце. Тот убеждал его в несостоятельности этой идеи, но Тесла не отказался от нее совсем, как он позже рассказывал своим друзьям.

Что касается теоретического обоснования идеи вращающегося магнитного поля, которая представляется нам сегодня довольно простой и легкой для понимания, то мы видим, что два переменных тока с синусоидальным изменением во времени, с разницей по фазе в 90 градусов или /4 полного оборота дают две составляющих переменного магнитного поля, приводящих к возникновению магнитного поля постоянной напряженности, которое вращается с постоянной угловой скоростью, пропорциональной частоте этих токов.

После того как знаменитый инженер Джордж Вестингауз посетил лекцию Теслы, он, будучи изобретателем (тормозные системы локомотивов и вагонов) и владельцем электрической компании, за значительную сумму выкупил около 40 патентов Теслы в области производства электроэнергии. А когда компания «Вестингауз электрик» на Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году продемонстрировала машины, построенные по чертежам Теслы, а сами павильоны выставки ярко освещались при помощи высокочастотных токов, с которыми работал Тесла, а также после прошедшего вскоре Конгресса электриков, сопротивление защитников постоянного тока сошло на нет. Вслед за этими событиями Комитет по выбору системы преобразования энергии воды на Ниагарском водопаде после долгих и бурных дискуссий одобрил систему Теслы, и именно тогда переменный ток, в который ученый верил, несмотря ни на что, и которому посвятил всё свое время и силы, триумфально победил в «войне двух токов».

Михайло Пупин, заговоривший в своих лекциях о преимуществах переменного тока перед постоянным, столкнулся с неодобрением своих коллег, которые грозили лишить его финансирования для создания лаборатории и подвергли сомнению его соответствие занимаемой должности профессора.

С другой стороны, отдельные личности, специалисты и даже некоторые ученые с готовностью бросились оспаривать приоритет Теслы в открытии вращающегося магнитного поля, асинхронного двигателя и применении многофазного переменного тока в электрических приборах. Начались многочисленные судебные процессы, инициированные профессором Феррари-сом и инженером Шелленбергом. Феррарис опубликовал небольшой труд о возможности создания подобного поля 18 марта 1888 года, тогда как Тесла запатентовал свое открытие 12 октября 1887-го. Феррарис в своей публикации не указывал на возможность применения такого поля в электромоторе и рассматривал свою находку как нечто вроде лабораторной игрушки, и КПД его устройства не превышал 50 %. Пупин написал Тесле письмо касательно этого разбирательства, где, помимо прочего, говорил: «Мой дорогой г-н Тесла… Шарлатанству Феррариса оказали немалую поддержку Ваши оппоненты. Насколько я понимаю вопрос, совершенно нетрудно продемонстрировать гигантскую разницу, которая существует между беспорядочным чередованием полюсов Феррариса и вращением магнитного поля Теслы. Эти две вещи представляются мне абсолютно разными и на этом следует заострить внимание и показать в нужном свете». Что же касается Шел-ленберга, то он обнаружил вращение совершенно случайно, когда работал с трансформатором Голларда и Гиббса, и никак не мог объяснить его. Но все споры закончились после постановления, вынесенного Верховным патентным судьей Таунсендом, который, к своей чести и помимо прочего, заявил: «Именно гению Николы Теслы принадлежит честь обуздать силы природы и заставить их работать в машинах, созданных человеком. Он первым продемонстрировал, как дикая стихия может быть преобразована в машину, дающую нам энергию».