"ГЕНИЙ, БЬЮЩИЙ ЧЕРЕЗ КРАЙ Жизнь Николы Теслы" - читать интересную книгу автора (Дж.О Джон)

*

Мрачный для Теслы период остался позади. Однако вскоре он понял, что принятие или отвержение системы переменного тока решается не столько технической стороной вопроса, сколько финансовыми соображениями, эмоциональными реакциями и предрассудками, потому что человеческая натура - это гораздо более значительный фактор, нежели научные истины. Тем не менее уже в недолгом времени он увидит, как сбываются его самые большие надежды и мечты, и усилия его увенчаются значительным успехом.

Когда наконец Тесла получил более или менее сносные условия для своей работы, восходящая звезда его гения метеором пронеслась по небосводу электротехники. Как только вновь образованная «Тесла электрик компани» открыла свои лаборатории на Пятой Южной авеню, он занялся конструированием оборудования для выработки электроэнергии. Ни в каких расчетах и чертежах он не нуждался, потому что все мельчайшие детали собираемых аппаратов с кристальной ясностью стояли перед его мысленным взором, что позволяло ему очень быстро создавать действующие образцы для демонстрации принципов своей многофазной системы переменного тока. Единственный собранный им еще в Страсбурге агрегат, первая модель асинхронного электродвигателя, наглядно показала правильность и остальных его расчетов.

В новой лаборатории он строил аппараты, которые задумал еще в те два месяца в Будапеште, что последовали за незабываемым озарением, принесшим с собой принцип вращающегося магнитного поля. В мысленно сконструированные тогда машины он, по его словам, не внес затем ни малейшего изменения. Когда же они были построены физически, то все без исключения работали именно так, как он и предполагал. С тех пор как он их задумал, минуло пять лет, но теперь, занимаясь их сборкой, он не

прочертил ни единой линии на бумаге, потому что помнил все, вплоть до самых незначительных мелочей.

Настолько быстро, насколько позволяла сборка машин, Тесла построил три полных комплекта оборудования для работы с переменным током - одно-, двух- и трехфазным - и провел эксперименты с четырех- и шестифазным токами. В каждую из трех основных систем входили генераторы для выработки электроэнергии, электродвигатели для получения энергии механического вращения, повышающие и понижающие трансформаторы, а также устройства автоматического управления. Он не только создал три эти системы, но и разработал способы соединения в них и различные модификации этих систем для применения их в разных условиях. Через несколько месяцев после открытия лаборатории он предоставил для испытаний свой двухфазный двигатель профессору У. А. Энтони из Корнельского университета.

Теперь Тесла не только собирал машины, которые видел мысленным взором. Он разработал принципиальную математическую теорию, лежащую в основе всех его аппаратов. Теория была настолько фундаментальной, что не только описывала принципы работы оборудования с частотой в 60 колебаний в секунду, или герц, которая принята теперь за стандарт², но распространялась на весь диапазон токов низкой и высокой частоты. Постоянный ток Эдисона был непригоден для работы с напряжением выше 220 вольт на распределительных системах. Переменный же ток позволял вырабатывать и передавать напряжение во много тысяч вольт, что экономически выгоднее, а затем снижать его до значений, необходимых для работы потребляющих устройств.

Тесла хотел получить единый патент на всю систему и все входящие в нее генераторы, трансформаторы, системы распределения и электродвигатели. Его адвокаты по патентным делам -Дункан, Куртис amp; Пейдж - подали заявку на этот патент 12 октября 1887 года - через шесть месяцев после открытия лаборатории и через пять с половиной лет после того, как он придумал вращающееся магнитное поле.

Патентное бюро, однако, отказалось рассматривать такую «сводную» заявку и требовало разбить ее на отдельные заявки на семь различных изобретений. Требование удовлетворили и подали заявки в два приема - 30 ноября и 23 декабря. Изобретения были настолько оригинальны и относились к такой девственной сфере электротехники, что в патентном бюро с ними не возникло практически никаких трудностей, и в течение примерно шести месяцев на них были выданы патенты. (Патенты проходили под следующими номерами: 381968; 381969; 381970; 382279; 382280; 382,281 и 382282. Это были патенты на его однофазный и многофазные двигатели, на систему распределения и на многофазные трансформаторы. В апреле следующего, 1888 года он подал заявку еще на пять патентов, которые и получил на трехфазные системы с нулевым проводом и без него. Эти патенты проходили под номерами 390413; 390414; 390415; 390721; и 390820. В течение года он получил еще 18 патентов: 401520; 405858; 405859; 416191; 416192; 416193; 416194; 416195; 418248; 424036; 433,00; 433701; 433702; 433703; 445207; 445067; 459772; 464666).

Когда патентное бюро выдало целый ряд патентов на фундаментальные изобретения, представители электротехнической отрасли заинтересовались этим практически неизвестным изобретателем. Важность его эпохальных открытий была быстро оценена по достоинству, и 16 мая 1888 года его пригласили прочитать лекцию в Американском институте инженеров-электриков. Это приглашение явилось свидетельством того, что его «признали». Тесла принял приглашение и вложил всю душу в подготовку лекции, которая, как он думал, позволит ему подробно рассказать миру электротехники о своей чудесной системе переменного тока и ее огромных преимуществах по сравнению с постоянным током.

Лекция стала классической в области электротехники. Тесла изложил теорию и рассказал о возможностях практического применения переменного тока в энергетике. Вместе с его патентами она описывает основание - включающее в себя электрические схемы, машины, их функционирование, а также теорию, - на котором была построена и до сих пор работает почти вся энергетическая система США. И доныне в сфере энергетики не сделано ни одной разработки, сопоставимой по своему значению с тем, что дал Тесла.

Лекция вместе с открытиями и изобретениями, которые он включил в нее, утвердила Теслу в глазах мирового электротехнического сообщества как основателя всего, что связано с энергосистемой

²ВСША(прим.перев.).

переменного тока, а также как выдающегося изобретателя в области электротехники.

Нелегко представить себе огромный прорыв в развитии электротехники, начальный импульс которому был задан из лаборатории Теслы через несколько месяцев после ее основания. Он инициировал приливную волну прогресса, которая одним грандиозным всплеском перенесла электротехнику к началу новой эпохи в энергетике, хотя, чтобы наладить коммерческую эксплуатацию, понадобилось еще несколько лет. Электротехнический мир был поражен, озадачен и заинтригован множеством открытий, которые так и сыпались из лаборатории Теслы, и восхищался необыкновенным гением, который ярко вспыхнул в этом мире.

Энергетическая система Теслы сделала ненужными электростанции постоянного тока, которые могли считаться теперь предприятиями исключительно местного значения, способными обслуживать территорию радиусом в лучшем случае в одну милю. Его двигатели работали от переменного тока, который мог экономично передаваться на сотни миль линиями электропередачи, для которых он разработал экономичную двух- и трехфазную систему.

Колоссальные изменения, произошедшие в электротехнической индустрии благодаря открытиям и изобретениям Теслы в связи с переменным током, можно оценить, рассмотрев недостатки, имевшиеся до того времени в работе электростанций постоянного тока системы Эдисона. Электроэнергия вырабатывалась в них относительно небольшими генераторами и поступала к потребителю по медному кабелю, проложенному под землей. Но не вся эта энергия доходила до конца линии электропередачи, так как из-за сопротивления кабеля терялась в виде бесполезного тепла.

Величина электроэнергии определяется двумя составляющими: это ток, или направленное движение заряженных частиц, и напряжение, или сила, заставляющая эти частицы двигаться. Падение напряжения из-за сопротивления происходило независимо от значения напряжения. Напряжение при токе в один ампер падает из-за сопротивления на одну и ту же величину при напряжении и в 100, и в 1000, и в 100000 вольт. Если же сила тока не меняется, то количество передаваемой по проводу энергии зависит от значения напряжения. Так, скажем, при напряжении в 100000 вольт и токе в один ампер энергии по проводу передается в 100000 раз больше, чем при токе в один ампер и напряжении в один вольт.

Если сила проходящего по проводу тока удваивается, то потери на тепло возрастают в четыре раза; если она утраивается, то потери возрастают в девять раз; а если сила тока увеличивается в четыре раза, потери возрастают в шестнадцать раз. Это накладывает определенные ограничения на силу тока в кабеле.

Кроме того, в кабеле происходит и падение напряжения. При средних значениях тока в кабеле принятого тогда сечения протяженностью в полмили (* 800 м.) эти потери составляли около 30 вольт. Чтобы до некоторой степени компенсировать эти потери, генераторы вырабатывали 120, а не 110 вольт, на которые были рассчитаны лампы. Рядом с электростанцией потребители получали повышенное напряжение, а на расстоянии в полмили от нее оно опускалось до 90 вольт. Первые угольные лампы Эдисона давали не очень-то яркий свет и от 110 вольт, а уж при 90 вольтах светили совсем слабо.

Все это позволяло вырабатывать и распределять постоянный ток лишь на крайне ограниченной территории. Электростанция Эдисона могла обслуживать площадь диаметром менее полутора километра. А для электрификации большого города, чтобы получать достаточное напряжение в каждом районе, пришлось бы иметь по электростанции на каждые полтора квадратных километра и даже меньше. За пределами же больших городов ситуация осложнялась еще больше. И это служило серьезным пре пятствием для полномасштабной электрификации страны.

Энергетическая система Теслы, которую Эдисон столь категорично отверг, когда она была ему предложена, выводила электричество из узких рамок местного применения. Тесла дал не только двигатели переменного тока, которые были проще и гибче машин постоянного тока, но и высокоэффективный способ применения трансформаторов, состоящих из двух катушек провода на металлическом сердечнике, повышающих напряжение при одновременном и пропорциональном снижении тока и наоборот. Объем же электроэнергии при этом практически не менялся.

Медный кабель обходится весьма не дешево, когда покупается на целые километры, а его сечение накладывает ограничения на силу тока в нем. Эдисоновская система постоянного тока не позволяла найти практичный способ передачи электроэнергии. Изменить напряжение было нельзя, и когда значение тока

поднималось до предельной проводимости кабеля, то тянуть дальше эту линию передачи было уже невозможно.

В системе же Теслы кабель может нести несравненно больше энергии, что достигается повышением напряжения, в результате чего сила тока не превышает допустимой нагрузки на линию электропередачи. Совсем тонкий провод в его многофазной системе переменного тока может передавать в тысячу, а то и больше раз энергии, чем в системе постоянного тока Эдисона.

Система Теслы давала возможность экономично нести ток на огромные расстояния от электростанции. При желании можно было получать электроэнергию, сжигая уголь прямо в шахте, и без больших затрат передавать ее в далекие города; или преобразуя в электричество силу воды и точно так же передавая его на большие расстояния.

Тесла освободил гиганта электроэнергии из оков электростанции и дал ему географическую свободу, возможность осваивать все новые просторы и творить на них свои чудеса. Он заложил основание нашей нынешней могучей энергосистемы. Достижение такого масштаба должно было нести в себе огромный заряд, и стоило поднести к нему огонек, и действие не заставило бы себя ждать.