История электротехники - Коллектив авторов

Наиболее совершенные дифференциальные регуляторы были разработаны в 1869–1870 гг. известным русским электротехником, одним из основателей журнала «Электричество» Владимиром Николаевичем Чиколевым (1845–1898 гг.). Им впервые в мировой электротехнической практике был применен метод электромашинного регулирования. На рис. 2.27 показана дуговая лампас электромашинным регулятором. Последовательная и параллельная обмотки регулятора служили обмотками возбуждения двигателя 3, 4. Действие электромагнитов было встречным: при сгорании углей 1 усиливалось действие параллельной обмотки, якорь 5 вращал

вал 2 в одну сторону и угли сближались. При чрезмерном сближении углей усиливалось действие последовательной обмотки, угли раздвигались.

Идея дифференциального регулятора, получившего широкое применение в прожекторостроении, была использована другими конструкторами, в частности немецким фабрикантом З. Шуккертом. Крупносерийный выпуск дуговых ламп с дифференциальным регулятором был налажен в конце 70-х годов на заводах В. Сименса (с которыми объединялись заводы 3. Шуккерта), и такая лампа стала продаваться под именем «дуговая лампа Сименса».

С 80-х годов дуговые лампы с дифференциальным регулятором стали единственным типом дуговых источников света, которые применялись для освещения улиц, площадей, гаваней, а также для освещения больших помещений производственного и общественного назначения; они стали традиционными источниками света в прожекторной и светопроекционной технике.

Самая первая лампа накаливания была построена английским физиком У. Деларю (1819–1889 гг.). В этой лампе накаливалась платиновая спираль, находящаяся в стеклянной трубке.

Следующий шаг был сделан в 1838 г., когда бельгиец Жобар стал накаливать угольные стержни в разреженном пространстве. Эта лампа была, конечно, дешевле, но срок ее службы был незначительным.

После 1840 г. были предложены многочисленные конструкции ламп накаливания: с телом накала из платины, иридия, угля или графита и т.д.

В 1854 г. по улицам Нью-Йорка разъезжал немецкий эмигрант Генрих Гебель (1818–1893 гг.), на повозке которого находилась подзорная труба и лампа накаливания. Последняя служила для привлечения публики, которая приглашалась взглянуть через подзорную трубу на кольца Сатурна. Замечательным было то, что телом накала в лампе Гебеля служило обугленное бамбуковое волокно; нить была помещена в верхнюю часть закрытой барометрической трубки, т.е. в разреженное пространство. Медные проводники подходили к нити накала сквозь стекло. Лампа Гебеля могла гореть в течение нескольких часов.

В 1860 г. Джон В. Сван (1828–1914 гг.) в Англии впервые применил для лампы накаливания обугленные полоски толстой бумаги или бристольского картона, накаливавшиеся в вакууме.

Дальнейшее развитие электрического освещения будет рассмотрено в следующей, третьей главе.

2.1. Петров В.В. Известие о гальвани-вольтовских опытах. СПб., 1803.

2.2. Шнейберг Я.А. Василий Владимирович Петров. М.: Наука, 1985.

2.3. Ампер А. Электродинамика. М.: Изд-во АН СССР, 1954.

2.4. Кошманов В.В. Георг Ом. М.: Просвещение, 1980.

2.5. Кирхгоф Г.Р. Избранные труды. М.: Наука, 1958.

2.6. Фарадей М. Экспериментальные исследования по электричеству. М.: Изд-во АН СССР, 1947.

2.7. Цверава Г.К. Джозеф Генри. Л.: Наука, 1983.

2.8. Максвелл Д.К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. М.: Гостехиздат, 1934.

2.9. Ленц Э.Х. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1950.

2.10. Лежнева О.А., Ржонсницкий Б.Н. Эмилий Христианович Ленц. М. — Л.: Госэнергоиздат, 1952. 

2.11. Майер Р. Закон сохранения и превращения энергии. М.: Гостехиздат, 1933.

2.12. Бернал Дж. Наука в истории общества. М.: Изд. иностр. лит., 1956.

2.13. Электродвигатель в его историческом развитии. Документы и материалы / Под ред. В.Ф. Миткевича. М.: Изд-во АН СССР, 1936.

2.14. Яроцкий А.В. Борис Семенович Якоби. М.: Наука, 1988.

2.15. Гусев С.А. Очерки по истории электрических машин. М.: Госэнергоиздат, 1955.

2.16. Динамомашина в ее историческом развитии. Документы и материалы / Под ред. В.Ф. Миткевича. М.: Изд-во АН СССР, 1934.

2.17. Цверава Г.К. Аньош Йедлик. Л.: Наука, 1972.

2.18. Яроцкий А.В. Павел Львович Шиллинг. М.: Изд-во АН СССР, 1963.

2.19. Храмой А.В. Константин Иванович Константинов. М.: Госэнергоиздат, 1951.

2.20. Шателен М.А. Русские электротехники XIX в. М.: Госэнергоиздат, 1955.

Глава 3.

СТАНОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ КАК САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ ТЕХНИКИ (1870–1890 гг.)

Электротехнические устройства не выходили за пределы лабораторий, пока не было у массового потребителя достаточно мощного и экономичного источника электрической энергии. В 1870 г. такой источник был создан. Следующие за этой датой 15–20 лет прошли как годы зарождения основных электротехнических устройств массового промышленного и бытового назначения, как годы становления новой отрасли техники. Это был поистине героический период истории электротехники.

3.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Первым по-настоящему массовым потребителем электрической энергии явилась электрическая лампочка. Она и по нынешний день осталась самым распространенным электротехническим устройством. Начало широкому практическому применению электрической энергии положила электрическая свеча П.Н. Яблочкова (1876 г.) [1.6; 2.20; 3.1].

Электрическая свеча выдающегося русского изобретателя электротехника Павла Николаевича Яблочкова (1847–1894 гг.) занимает особое место среди дуговых источников света [3.1]. Изобретение, о котором идет речь, не привело к массовому и устойчивому применению именно этого источника света, но оно заслуживает особой оценки и отдельного рассказа, поскольку именно электрическая свеча явилась тем детонатором, который вызвал бурный рост электротехнической промышленности.

На рис. 3.1 показан внешний вид электрической свечи, где видно, что в держателе с токопроводами укреплялись два параллельных угольных стержня, отделенных один от другого слоем каолина. В верхней части лампы была тонкая проводящая перемычка — запал: когда включали лампу, перемычка сгорала, на ее месте возникала дуга и угли выгорали, уменьшаясь в размерах, как стеариновая свеча.

Одна электрическая свеча могла гореть около 2 ч; при установке нескольких свечей в специальном фонаре, оборудованном переключателем для включения очередной свечи вместо перегоревшей, можно было обеспечить бесперебойное освещение в течение более длительного времени.

Чрезвычайно важно отметить, что изобретение электрической свечи способствовало внедрению в практику переменного тока. В течение всего предшествующего периода электрическая техника базировалась на постоянном токе (телеграфия, гальванотехника, минное дело). Дуговые электрические лампы с регуляторами также питались постоянным током. При этом положительный электрод сгорал быстрее отрицательного, поэтому его приходилось брать большего диаметра.

П.Н. Яблочков установил, что для питания свечи лучше применять переменный ток, в этом случае при электродах одинакового диаметра получалась вполне устойчивая дуга. В связи с тем что осветительные установки по системе П.Н. Яблочкова стали подключать к источникам переменного тока, заметно возрос спрос на генераторы переменного тока, которые раньше не находили практического применения. О значении электрической свечи в расширении производства электрических генераторов переменного тока можно судить по следующему примеру: если до появления электрической свечи завод З.Т. Грамма выпускал в течение 1870–1875 гг. по нескольку десятков машин в год, то за 1876 г. выпуск генераторов возрос почти до 1000 шт. Заводы изготовляли электрические генераторы, специально предназначенные для установок электрического освещения, и даже мощность машин обозначалась по числу питаемых электрических свечей (например, «шестисвечная машина»).

Значительному развитию электротехники способствовала также разработка П.Н. Яблочковым весьма эффективных систем «дробления электрической энергии», обеспечивавших возможность включения в цепь, питаемую одним генератором, нескольких дуговых ламп.

Среди способов «дробления», предложенных П.Н. Яблочковым, два получили практическое применение: секционирование обмотки якоря генератора (в результате получалось несколько независимых цепей, в которые включались свечи) и использование индукционных катушек (рис. 3.2). Первичные обмотки катушек включались последовательно в цепь, а ко вторичной обмотке в зависимости от ее параметров могли подключаться одна, две свечи и более. Если первичная цепь питалась постоянным током, то предусматривалось включение в нее специального прерывателя для наведения ЭДС во вторичных обмотках катушек.