|
Бернард Карлсон.
Никола Тесла. Изобретатель будущегоскачать книгу бесплатно Овладение противофазными токамиПоследовав совету Пека, Тесла переместил внимание с пиромагнитного генератора на электродвигатели. Он теперь возвратился к идеалу, который озарил его в Будапеште пятью годами ранее: двигателю с вращающимся магнитным полем (см. главу II). В качестве первого шага на пути к достижению этого идеала Тесле необходимо было проверить догадку о том, что несколько переменных токов могли произвести вращающееся магнитное поле. Он много думал о том, как объединить несколько переменных токов, но никогда не пробовал этого на практике. Тесла начал с усовершенствования в своей лаборатории динамо постоянного тока Уэстона так, чтобы оно производило два, три или четыре отдельных переменных токов{206}206
Работая над этим двигателем, Тесла наконец выяснил, как объединить переменные токи, чтобы создать вращающееся магнитное поле в статоре двигателя. Для этого токи, подаваемые на каждую пару катушек, не должны были совпадать друг с другом. В случае с двумя токами, когда один ток имел максимальное положительное значение, другой имел максимальное отрицательное значение. Если представить переменные токи как синусоиду, то можно сказать, что эти два тока сдвинуты по фазе на 180°. Теперь, понимая важность наличия противофазных токов, Тесла мог построить полномасштабный электродвигатель с помощью вращающегося магнитного поля, который он задумал в Будапеште. Расцвет переменного тока в конце 1880-х годовВзволнованный этим прорывным двигателем, Тесла пригласил Брауна, своего покровителя с техническим складом ума, на демонстрацию работы двигателя в конце лета 1887 года. Но когда Браун наблюдал за вращением консервной банки в прототипе двигателя, Тесла столкнулся с проблемой. Убедить своих покровителей, что его вращающееся магнитное поле могло использоваться в качестве основы для создания практического, коммерческого двигателя переменного тока, было непросто. Почему они должны вложить деньги во вращающуюся консервную банку? В то время как для нас создание двигателя переменного тока может казаться делом само собой разумеющимся, для экспертов по электричеству в 1887 году это было не так. Чтобы понять причину этого, необходимо рассмотреть ситуацию в электротехнической промышленности в середине 1880-х годов.С одной стороны, Пек и Браун были, вероятно, довольны исследованием двигателей из-за нарастающего интереса к возможностям использования двигателей на центральных электростанциях в экспертном кругу. В середине 1880-х годов в связи с ростом количества центральных электростанций выросла и конкуренция в сфере их эксплуатации, системные операторы центральных электростанций заинтересовались расширением своей клиентской базы, добавив моторное обслуживание. В то время как они продолжали обеспечивать электричество для освещения ночью, системные операторы рассматривали двигатели как средства, с помощью которых они могли продать электроэнергию фабрикам и трамвайным линиям в дневное время. В ответ производители электрооборудования добавили двигатели к своим производственным линиям, и к 1887 году в отрасли существовало пятнадцать фирм, чье совокупное производство составляло десять тысяч двигателей{208}208
С другой стороны, Пек и Браун с большим подозрением относились к идеям Теслы о развитии двигателя переменного тока, так как почти все центральные электростанции в Соединенных Штатах в середине 1880-х годов использовали постоянный ток, не переменный{210}210
В Европе, однако, не забыли о переменном токе, там изобретатели усовершенствовали трансформатор; намотав две разных катушки на один железный сердечник, они обнаружили, что возможно повышать или понижать напряжение переменного тока, и они начали широко использовать это новое устройство. Например, в Лондоне в 1883 году Люсьен Голард и Джон Гиббс использовали один из первых трансформаторов, чтобы подсоединить и дуговые лампы, и различные виды ламп накаливания последовательно к единому большому генератору{212}212
Работу европейцев над трансформаторами переменного тока быстро оценили проницательные американскими предприниматели. Во время поездки за границу в 1885 году Чарльз Коффин из компании Thomson-Houston узнал о системе Циперновского, Блати и Дери и по возвращении убедил Томсона возобновить работу над переменным током. В 1886 году европейские агенты предупредили Эдисона, что они вынуждены конкурировать с Ganz и Company за контракты на освещение, и убедили компанию Эдисона приобрести опцион на регистрацию в США патента на систему Циперновского, Блати и Дери{214}214
Но больше всех трансформатором переменного тока заинтересовался американский предприниматель Джордж Вестингауз (1846–1914). Получив знания в машинном цехе своего отца в Скенектади, Нью-Йорк, Вестингауз обладал уникальным соединением технического гения и деловой хватки. Помимо того что Вестингауз сам разрабатывал пневматические тормоза и улучшенные сигнальные системы для железных дорог, он обладал столь же квалифицированными управленческими навыками, необходимыми для крупномасштабного производства и продажи этих инноваций. В 1884 году Вестингауз заинтересовался электрическим освещением, первоначально рассматривая его как способ диверсифицировать деятельность его компании Union Switch and Signal Company. Первым делом Вестингауз нанял Уильяма Стэнли-младшего, который запатентовал лампу накаливания и автономное динамо. Вначале Вестингауз намеревался разработать систему постоянного тока, подобную эдисоновской, но весной 1885 года заинтересовался системой преобразования переменного тока Голарда и Гиббса, прочитав о ней в журнале Engineering{215}215
Разглядев потенциал переменного тока, Вестингауз начал действовать решительно. Он отправил партнера, Гуидо Панталеони, в Европу, для покупки опциона на систему Голарда и Гиббса. Летом 1885 года Вестингауз заказал несколько трансформаторов Голарда и Гиббса для своего завода в Питтсбурге и попросил, чтобы Стэнли спроектировал систему освещения лампами накаливания от переменного тока{216}216
Электротехническое сообщество с интересом следило за быстрым развитием систем освещения переменным током в течение 1887 года. Если в январе 1887 года трансформаторы переменного тока лишь вскользь упоминались в ежегодном обзоре журнала Electrical World, то в январе 1888 года журнал назвал развитие систем освещения с использованием трансформаторов одним из важнейших прорывов в отрасли{219}219
Переменный ток вызывал интерес электротехников не потому, что он считался технологией будущего, но потому, что они видели серьезную пропасть между идеалом и реальностью. Да, в идеале переменный ток позволит центральным электростанциям распределять энергию большему числу клиентов, но в реальности над этим еще нужно потрудиться. Таким образом, к концу 1887 года использование переменного тока представляло собой одновременно и коммерческую возможность, и значительные технические проблемы и риски. Хотя трансформаторы могли повышать и понижать напряжение, инженеры Вестингауза и Thomson-Houston затруднялись спроектировать эффективный трансформатор. Другие критики были обеспокоены затратами на большие электростанции переменного тока. Вестингауз утверждал, что главное преимущество переменного тока состояло в том, что можно было построить крупную станцию на окраине города, которая бы производила дешевое электричество. Знакомые с трудностями привлечения капитала на строительство станций, и Эдисон, и многие системные операторы центральных электростанций полагали, что строительство крупных станций переменного тока будет стоить слишком дорого и процентные платежи по инвестициям сведут на нет всю операционную прибыль{220}220
Еще одной заботой была безопасность. Эдисон и его партнеры провели много времени, пытаясь определить наилучшие изоляционные материалы для их низковольтной системы, и они просто не верили, что Вестингауз сумеет защитить людей от поражения током высоковольтного напряжения{221}221
Колумбово яйцоПек и Браун хорошо знали об этих тенденциях в электротехнической промышленности. Они понимали, что, несмотря на растущий интерес к электродвигателям, никто не был уверен, что будущее было за переменным током. Поэтому, когда Пек и Браун поддержали Теслу в исследовании электродвигателей, они не были заинтересованы в том, чтобы он работал над электродвигателем переменного тока. Они считали переменный ток просто мимолетной причудой – интересной, да, но слишком далекой от идеала. Возможно, было бы лучше, если бы Тесла сосредоточился на двигателе постоянного тока, для которого уже существовал рынок сбыта. После нескольких неудачных попыток обсудить свои планы относительно электродвигателя переменного тока с Пеком и Брауном Тесла понял, что ему необходимо зрелищное представление. Было недостаточно показать Брауну банку гуталина, крутящуюся во вращающемся магнитном поле, Тесла должен была сделать что-то, что захватит воображение его покровителей. Поэтому во время их следующей встречи Тесла спросил Пека и Брауна, знали ли они историю Колумбова яйца. Согласно легенде, Христофор Колумб победил своих критиков при дворе испанской королевы Изабеллы, бросив им вызов – он обещал поставить яйцо на столе вертикально. После того как никто из насмешников не смог заставить яйцо стоять вертикально, Колумб показал им решение задачи, разбив яйцо с одного конца и поставив его на стол. Впечатленная хитростью Колумба, Изабелла заложила свои драгоценности, чтобы финансировать его экспедицию{223}223
Когда Пек и Браун подтвердили, что слышали историю, Тесла заявил, что он может заставить яйцо стоять вертикально, не ломая скорлупу. Если он пойдет дальше, чем Колумб, согласятся ли Пек и Браун профинансировать его эксперименты с переменным током? «У нас нет королевских драгоценностей, чтобы заложить их, – ответил Пек, – но есть несколько дукатов в портянках, и мы могли бы оказать вам некоторое содействие»{224}224
Чтобы получить обещанные дукаты, Тесла прикрепил магнит с четырьмя катушками к нижней стороне деревянного стола и изготовил яйцо с медным покрытием и несколько шаров. Когда Пек и Браун приехали в лабораторию, Тесла положил медное яйцо на стол и подал на магнит два противофазных тока. К их удивлению, яйцо встало на столе вертикально, но Пек и Браун были по-настоящему ошеломлены, когда яйцо и шары начали крутиться на поверхности стола сами по себе. Хотя это и было похоже на волшебство, Тесла быстро объяснил Пеку и Брауну, что яйцо и шары крутились из-за вращающегося магнитного поля. Впечатленные этим представлением, Пек и Браун стали поощрять работу Теслы над электродвигателями переменного тока. Этот эпизод научил Теслу, что изобретателю необходим определенный талант, чтобы создать правильную иллюзию о своих творениях. Люди не вкладывают капитал в изобретения, построенные из консервных банок, они инвестируют в проекты, которые захватывают их воображение. Чтобы привлечь внимание людей, зачастую необходимо использовать метафоры, истории и темы, характерные для определенной культуры, – это то, что Тесла сделал с помощью истории о Колумбе. Стоило Тесле увлечь Пека и Брауна своим представлением, он смог заставить их подумать о коммерческом потенциале его двигателя. Разработка многофазных двигателейПосле того как Колумбово яйцо убедило Пека и Брауна, Тесла продвинулся далеко вперед в разработке двигателей с использованием вращающегося магнитного поля. С помощью Жигети он сконструировал два основных электродвигателя переменного тока, которые использовал почти во всех своих экспериментах в 1887 и 1888 годах. Первым был аппарат под названием «Колумбово яйцо», который состоял из большого пластинчатого кольца (статор) с железным диском (ротор), вращающимся в его центре{225}225
Поскольку эти двигатели использовали два или более переменных противофазных тока, Тесла назвал их многофазными двигателями. Тесла не был единственным изобретателем, работающим над электродвигателями переменного тока в то время, но его многофазные двигатели существенно отличались от разработок Элиу Томсона и других конкурентов. Во-первых, Тесла сохранял простоту конструкции своего двигателя, концентрируясь на способе вращения ротора – индуцируя в нем вихревые токи, а не подавая ток. Во-вторых, в основу разработки двигателя он положил явление, которое не было очевидно по своей природе, – вращающееся магнитное поле. И в-третьих, в отличие от своих современников, Тесла стремился использовать несколько переменных токов, чтобы создать магнитное поле. К концу 1887 года Пек и Браун признали, что Тесла изобрел замечательный новый электродвигатель переменного тока, и убедили его запатентовать свои идеи. Пек предложил Тесле проконсультироваться с юридической фирмой Duncan, Curtis & Page. Пек доверял этой фирме и заверил Теслу, что они получат сильные патенты для его изобретений. В Duncan, Curtis & Page патентом Теслы занялся один из партнеров фирмы, Паркер В. Пейдж (1862–1937). Получивший образование в Гарварде, Пейдж, по всей видимости, проявил особый интерес к двигателям Теслы, так как его отец, Чарльз Графтон Пейдж, работал над электродвигателями – и даже полномасштабным работающим от аккумулятора локомотивом – в 1840-х и 1850-х годах. Кроме того, патенты имели большое значение для семьи Пейджа. На склоне лет Чарльз Графтон Пейдж зарегистрировал через конгресс специальный патент на общую конструкцию индукционной катушки, и после его смерти его вдова Присцилла убедила Western Union выкупить права на этот патент за 25 000 долларов плюс выплату роялти прав[48]48
Офис компании Duncan, Curtis & Page был расположен по адресу Бродвей, 120, в том же самом здании, что и офис Пека, за углом от лаборатории Теслы на Либерти-стрит. Тесла регулярно посещал офис Пейджа и приносил ему эскизы и технические описания своих идей. Тесла тщательно готовил свои технические отчеты не только потому, что во время своих экспериментов он консультировался с Пейджем, но еще и потому, что он надеялся написать книгу под названием «История тысячи и одного двигателя переменного тока». По словам Пейджа, в своих отчетах Тесла описывал общие принципы работы двигателей, а не конкретных конструкций. Используя отчеты и эскизы Теслы, Пейдж составлял заявки на патенты, которые Тесла затем проверял{229}229
В ходе своего сотрудничества Пейдж и Тесла столкнулись со стратегическим вопросом: как он сможет защитить свои изобретения? До сих пор Тесла шел по пути большинства изобретателей и подавал патентные заявки на конструкцию отдельных компонентов; например, для системы дугового освещения он подал отдельные заявки на динамо, лампу и регулятор. Однако в случае с его многофазным двигателем Пейдж и Тесла решили, что серия заявок на отдельные конструкции двигателя не отразит сущность изобретения. Со студенческих времен Тесла думал о своем двигателе как о системе, и теперь он хотел представить миру свое изобретение именно как систему. Поэтому Пейдж и Тесла выбрали смелую стратегию регистрации заявления, подав заявку на систему передачи энергии с использованием многофазных двигателей. Убежденный, что его двигатель должен рассматриваться как полнокомплектная система, Тесла зарегистрировал комплексную заявку на патент 12 октября 1887 года{230}230
скачать книгу бесплатно |
© 2003-2021 bookZ.ru
