Электознаток
Онлайн журнал
Михаил Осипович Доливо-Добровольский — изобретатель трёхфазного асинхронного двигателя
Детство и юность изобретателя
Михаил Осипович родился 2 января 1862 года в Гатчине, став первым ребенком в многодетной семье. Его дед по отцовской линии переехал в Петербург из Польши еще в конце XVIII века и служил тайным советником. Когда мальчику было 11 лет, семья переехала в Одессу, где прошли детские и юношеские годы талантливого инженера. Здесь он на отлично окончил реальное училище, а затем поступил в Рижский университет. Но получить диплом ему было не суждено – за участие в одной из студенческих акций протеста Михаил был безжалостно отчислен без права поступить в новое учебное заведение на территории России.
Это вынудило молодого человека начать поиски места учебы за рубежом и при помощи дяди будущий изобретатель прибыл в немецкий город Дармштадт, где поступил на машиностроительный факультет местного Высшего Технического училища. Параллельно с этим Доливо-Добровольский с головой окунулся в изучение электротехники, а по окончании Альма-матер остался здесь для работы ассистентом в электротехнической лаборатории.
В этот период изобретатель начинает писать статьи, которые публикуются в специализированном издании «Электричество». Его смелые взгляды не остались незамеченными и широко обсуждались общественностью. В частности, он предлагал решительно бороться с дилетантизмом и требовал введения научного подхода в процесс технических разработок. Спустя некоторое время Михаил Осипович начал работать на одном из передовых электротехнических предприятий Эрликон из Швейцарии, а затем влился в ряды Всеобщей компании электричества (Германия), где проработал много лет.
Находясь долгие годы за рубежом, Михаил Осипович не порывал связь с Россией и при любой возможности приезжал на родину. Здесь он тесно контактировал с российскими коллегами, принимая участие в электротехнических съездах и других профессиональных форумах. После основания политехнического института в Петербурге, его планировали назначить деканом электромеханического факультета. Но из-за семейных проблем и занятости на работе приступить к обязанностям руководителя факультета он так и не смог.
Работы с асинхронным двигателем
Первые разработки Михаила Осиповича были связаны с устройствами постоянного тока. Изучая проблему в деталях, он не забывал знакомиться с новейшими теоретическими изысканиями авторитетных физиков. В частности, были глубоко изучены работы итальянского ученого Галилео Феррасиса, посвященные вращающемуся магнитному полю. Согласно его представлениям, КПД асинхронного двухфазного двигателя не превышает 50%, поэтому у такой техники нет будущего. Подобные выводы объяснялись рядом теоретических просчетов, которые впоследствии устранил русский электротехник.
Михаил Осипович сумел доказать, что для эффективной работы асинхронного двигателя понадобится вращающееся магнитное поле, которое можно создать используя трехфазную модель симметричного типа при условии сдвига фаз на 120 электрических градусов. Авторская конструкция была испытана в 1889 году и наглядно показала свое преимущество перед двухфазными аналогами Тесла и Феррариса. Как писал Доливо-Добровольский, уже в момент первого запуска удалось зафиксировать необычное для тех времен явление, когда попытки затормозить работу устройства с помощью конца вала не увенчались успехом. При этом сам моторчик имел очень скромные размеры.
В отличие от синхронных, асинхронные силовые установки начинают вращаться самостоятельно при поступлении тока. Для питания они используют три провода, соединяющихся с обмотками статора.
Однако успешные испытания не изменили мнения скептиков. Одна из главных величин мировой электротехники Томас Эдисон даже отказался взглянуть на это изобретение, в очередной раз заявив, что у переменного тока не может быть будущего. Несмотря на это автор сумел доработать устройство, которое в конструктивном плане принципиально не менялось до наших дней.
Делитель напряжения
Важное значение в электротехнике получил разработанный Михаилом Осиповичем механизм деления напряжения постоянного тока с использованием «трехпроводной» системы распределения, в основе которой лежала индукционная катушка. Новое решение стало откликом на проблему, мешавшую распространению постоянного тока. Она была связана с невозможностью использования высокого напряжения при наличии ламп накаливания в сетях постоянного тока. Лампы производились для предельного напряжения не более 220 В и в сетях было недопустимо превышать эти значения.
Благодаря «трехпроводной системе», этот недостаток отчасти нивелировался. Она предоставляла возможность удваивать напряжение одновременно у зажимов питающего устройства и в сети посредством использования еще одного «уравнительного» провода малого сечения, с помощью которого соединялись зажимы ламп.
Трехфазные генераторы и трансформаторы
Доливо-Добровольский проводил огромную исследовательскую работу, связанную с функционированием генераторов переменного тока с двумя статичными обмотками и вращающейся металлической конструкцией. В этом устройстве вращательные движения совершает цилиндр, который соединен с двумя железными крестами. В процессе их вращения изменялся магнитный поток, проходящий через обмотки якоря, отчего возникала электродвижущая сила. Изобретатель и сам проектировал аналогичные приборы, но со временем точно предсказал, что их вытеснят устройства с вращающимися электромагнитами.
Одним из главных направлений деятельности изобретателя стало первое практическое использование трехфазного тока с целью передачи электричества. Явление обратимости (двигатель/генератор) магнитоэлектрических устройств находилось в центре внимания многих ученых. Но приведение в состояние механической работы одной машины постоянного тока с помощью тока другой впервые продемонстрировал французский инженер Фонтен в 1873 году на выставке в Вене. Однако широкого применения этот эксперимент не получил, так как сам автор был убежден, что способ годится лишь для передачи энергии малой мощности на короткие расстояния. Позднее над этой проблемой бились лучшие умы своего времени, но оптимальное решение удалось найти Доливо-Добровольскому.
Он предложил использовать для передачи трехфазный переменный ток, причем эта система обладает неоспоримым преимуществом перед двухфазным за счет применения только трех, а не четырех проводов. Подобная закономерность связана с особенностями трехфазного тока, где в любой момент сумма сил токов, которые движутся по трем проводам равна нулю. Подобный показатель имеют электродвижущие силы, вырабатываемые в фазах обмотки генератора. Это и позволяет использовать всего 3 провода.
Авторский трехфазный генератор переменного тока был сконструирован в 1888 году. Прибор мощностью около 3 кВт сумел привести в действие трехфазную силовую установку с кольцевидным сердечником, окруженную кольцами Грамма (проволочная обмотка в виде кольца). Но настоящий триумф был еще впереди.
В 1891 году во время франкфуртской электротехнической выставки была успешно осуществлена передача электричества между городом и Лауффенской электростанцией на реке Неккар, которые разделяет 175 км. Это событие стало первым случаем передачи электроэнергии с использованием переменного тока, став отправной точкой его окончательного превосходства. При этом трехфазная система русского изобретателя получила всеобщее признание. Доливо-Добровольский приложил немало сил для пропаганды необходимости использования трехфазного переменного тока и в итоге смог переубедить многих скептиков.
В 1890 году Михаил Осипович предложил идею применения для трехфазных токов вместо трех трансформаторов одного устройства специальной конструкции. Его главным отличием стало наличие трех магнитных сердечников с обмоткой вместо двух. Они соединяются в конечной части ярмом кольцеобразной формы, что формирует три сцепленных магнитных потока. В целом практика показала правильность размышлений изобретателя, за исключением сверхмощных трансформаторов, в сегменте которых по ряду объективных причин по-прежнему отдается предпочтение серии однофазных устройств. В результате Доливо-Добровольский сумел спроектировать и внедрить все установки, необходимые для передачи трехфазного тока и распределения электроэнергии между потребителями.
В 1899 году он выступил на Всероссийском электротехническом съезде, где обобщил результаты своей деятельности. В частности, он рассказал о своем видении конструирования измерительных приборов, трансформаторов, двигателей и других электрических установок. Также автор доклада представил убедительные доводы в пользу трехфазного тока, главные из которых – экономичность при его передаче на большие расстояния и высокая производительность двигателей.
Другие изобретения
Доливо-Добровольский всерьез интересовался проблемой электротехнических измерений. Двигаясь в этом направлении, ему удалось создать особую разновидность электромагнитных вольтметров и амперметров, которые использовались для измерений постоянного и переменного тока. Впоследствии их начала производить фирма из Германии «Всеобщая компания электричества», где работал сам изобретатель.
В более поздних версиях электроизмерительных устройств, автор стал применять правило вращающегося магнитного поля переменного тока. Именно так сконструированы фазометры, ваттметры и частотомеры. Они характеризовались простотой использования, высокой надежностью и затем активно использовались в качестве приборов для распределительных щитов на электростанциях. В наши дни универсальная идея Доливо-Добровольского находит применение во множестве электроприборов.
Во время работы над электрическими генераторами Михаил Осипович понял важность значения точных расчетов величин потерь от гистерезиса и паразитных токов. Чтобы получить нужные данные без траты лишнего времени, он создал несложный прибор, которому для измерения было необходимо лишь небольшое количество материала (речь идет о стали, использовавшейся для сердечников машин). Он позволял узнать величину потерь с помощью обычного ваттметра и амперметра. Так был разработан прототип устройств, активно использующихся в измерительной практике как приборы Эпштейна.
Михаил Доливо-Добровольский скончался 15 ноября 1919 года в немецком городе Гейдельберге от обострившейся болезни сердца.
Интересные факты
- Михаил Осипович оставил в дар свою библиотеку электротехнической литературы Петербургскому политехническому институту.
- Одним из изобретений электротехника стала дугогасительная решетка, которая нашла применение в секционных изоляторах, электромагнитных выключателях, контакторах и других электроустановках.
- Несмотря на долгие годы жизни за границей, Доливо-Добровольский не отказался от российского подданства.
- После успешной демонстрации возможностей асинхронного двигателя фирма AEG, в которой трудился Доливо-Добровольский, создала в России разветвленную сеть агентств, занимавшихся сбытом ее продукции.
- Творческие методы Михаила Осиповича всегда были связаны с попытками найти суть ключевых физических явлений, при этом он никогда не пользовался математическим анализом.
https://electricalschool.info/spravochnik/poleznoe/2115-peredacha-trehfaznogo-toka-iz-lauffena-na-frankfurt.html