Никола Тесла - Тесла и его подлинные взгляды. Лучшие работы разных лет

 

www.e-puzzle.ru

Тесла

И ЕГО ПОДЛИННЫЕ ВЗГЛЯДЫ

УДК 001 ББК г(3)

Т36

Оформление серии В. Терещенко

Тесла Н.

Т 36 Тесла и его подлинные взгляды. Лучшие работы разных лет / Никола Тесла; [пер. с англ. Э. Мельник]. — М. Эксмо, 2010. — 320 с. — (Раскрытые тайны).

1ББЫ978-5-699-41529-8

 

Новая книга о Николе Тесле — самом загадочном и гениальном ученом всех времен! И написал ее... сам Тесла!

Эта книга содержит поистине уникальные избранные работы Николы Теслы, написанные им в разные годы. Из них вы узнаете о том, что же сам Тесла думал о своих изобретениях и фундаментальных законах материи и энергии, об эпохе, в которую он жил, и о себе.

 

УДК 001 ББК г(3)

Все права защищены. Никакая часть этой книги, за исключением отдельных цитат, не может быть использована в каком-либо виде, включая размещение в сети Интернет, без письменного разрешения издателя.

© Мельник Э.И., перевод на русский язык, 2010 © Издание на русском языке, оформление.

ISBN 978-5-699-41529-8 © ООО «Издательство «Эксмо», 2010

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

НОВАЯ СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЕЙ И ТРАНСФОРМАТОРОВ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. 6

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ИНДУКЦИОННЫЙ АППАРАТ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. 26

ЭКСПЕРИМЕНТЫС ПЕРЕМЕННЫМИ ТОКАМИ ОЧЕНЬ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫИ ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

В ИСКУССТВЕННОМ ОСВЕЩЕНИИ 29

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ВАКУУМНЫХ ТРУБКАХ 91

ЗАМЕТКИ ОБ УНИПОЛЯРНОМ ДИНАМО 98

ЭКСПЕРИМЕНТЫС ПЕРЕМЕННЫМИ ТОКАМИ

ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ. 104

О СВЕТЕ И ДРУГИХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ФЕНОМЕНАХ. 228

Вступление. Мысли о зрении. 228

Об устройствах и способах преобразования. 239

О явлениях, вызываемых электростатической силой 253

О токе или феноменах динамического электричества. 265

Феномены сопротивления 275

Об электрическом резонансе. 276

О световых феноменах, вызванных токами высокой частоты или высокого напряжения. Общие замечания,

касающиеся данного предмета. 287

 

 

 

 

НОВАЯ СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЕЙ И ТРАНСФОРМАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Лекция в Американском институте инженеров-электриков, мой 1888 г.

Я хочу выразить свою признательность профессору Энтони за помощь, оказанную мне в этой работе. Я также хотел бы поблагодарить за содействие гг. Поупа и Мартина. Времени у меня было немного, и я не смог проработать вопрос, о котором пойдет речь, так всесторонне, как мне того хотелось бы, поскольку здоровье мое в настоящее время оставляет желать лучшего. Прошу вашего снисхождения и буду крайне благодарен, если окажется, что то немногое, что мне удалось сделать, заслуживает одобрения. Поскольку существует различие во мнениях относительно сравнительных преимуществ систем постоянного и переменного тока, огромное значение приобретает вопрос о том, может ли переменный ток быть успешно использован в работе двигателей. Трансформаторы с их многочисленными достоинствами обеспечили нас относительно совершенной системой распределения, и хотя, как и во всех отраслях техники, желательны были бы еще многие улучшения, все же в этом конкретном направлении осталось сделать не так уж много. Передача же энергии, напротив, почти полностью ограничена применением постоянного тока, и, несмотря на то что было сделано множество попыток приспособить для этой цели переменный ток, попытки эти на данный момент — по крайней мере, насколько известно — не достигли желаемого результата. Среди раз^л нообразных двигателей, адаптированных к работе с переменным током, упоминаются следующие:

1. Двигатель последовательного возбуждения с разделенным возбуждающим полем.

2. Генератор переменного тока, поле которого возбуждается постоянным током.

3. Двигатель Элиу Томсона.

4. Комбинированный двигатель постоянного и переменного тока.

Мне вспомнились еще два двигателя этого рода:

1. Двигатель, один из контуров которого последовательно соединен с трансформатором, а второй — со вторичным контуром трансформатора.

2. Двигатель, якорь которого соединен с генератором, а обмотка возбуждения замкнута на себя.

Об этих последних я, впрочем, упомянул лишь к слову.

Предмет, который я ныне имею удовольствие представить вашему вниманию, — это новая система электрического распределения и передачи электрической энергии посредством переменных токов. Это система, которая обеспечивает любопытные преимущества, в особенности применительно к двигателям. Система, которая, и я в этом уверен, сразу же упрочит репутацию переменных токов как идеально подходящего средства для передачи энергии и покажет, что многие результаты, доселе недостижимые, могут быть достигнуты при их помощи — результаты, чрезвычайно желательные в практическом применении таких систем и невозможные при посредстве токов постоянных.

Прежде чем перейти к детальному описанию этой системы, думаю, необходимо сделать несколько замечаний относительно определенных условий, присутствующих в генераторах и двигателях постоянного тока, которые, хотя они и общеизвестны, часто оставляют без внимания.

В наших динамо-машинах, как хорошо известно, мы производим переменные токи, которые выпрямляем посредством коллектора, сложного устройства и, как можно справедливо заметить, источника большинства проблем, с которыми мы сталкиваемся в работе этих машин. Выпрямленные таким образом токи нельзя использовать в двигателе; они должны — опять-таки посредством сходного ненадежного устройства — быть преобразованы в свое первоначальное состояние переменных токов. Функция коллектора исключительно внешняя и никоим образом не влияет на внутреннюю работу машин. Таким образом, на самом деле все машины являются машинами переменного тока; как постоянный, ток выступает только во внешнем контуре во время передачи его от генератора к двигателю. Если учесть один только этот факт, переменный ток видится как более прямое приложение электрической энергии, и применение постоянного тока могло бы быть оправданно, лишь если бы мы имели динамо-машины, которые изначально вырабатывали бы постоянный ток, и двигатели, которые непосредственно им приводились бы в действие.

Но действие коллектора по отношению к двигателю двояко: во-первых, он реверсирует токи, идущие через двигатель, а во-вторых, автоматически вызывает последовательную смену полюсов на одной из его магнитных составляющих. Допустив, следовательно, что обе эти бесполезные операции в системе, то есть выпрямление переменных токов генератора и реверсирование постоянных токов к двигателю, могут быть упразднены, мы по-прежнему будем иметь дело с необходимостью вызывать последовательное смещение полюсов на одном из элементов двигателя, чтобы заставить его вращаться. И тут возникает вопрос: как выполнять эту операцию непосредственным действием переменного тока? Перехожу к демонстрации способа, которым можно достичь этого результата.

 

В первом эксперименте барабанный якорь был снабжен двумя катушками, расположенными под прямым углом друг к другу, и концы их обмоток были соединены с двумя парами изолированных контактных колец, как обычно и делается. Затем было изготовлено кольцо из тонких изолированных пластин листового железа и снабжено четырьмя обмотками; каждая пара противоположных обмоток была соединена, чтобы образовать свободные полюса на диаметрально противоположных сторонах кольца. Оставшиеся свободными концы обмоток были затем соединены с контактными кольцами якоря генератора, чтобы сформировать два независимых контура, как показано на рис. 9. Теперь можно посмотреть, какие результаты были обеспечены при такой комбинации, и с этой целью я обращусь к рисункам с 1-го по 8-й а. Когда поле генератора независимо возбуждается, вращение якоря порождает токи в обмотках С и С₁, которые различаются по силе и направлению, как хорошо известно. В положении, показанном на рис. 1, ток в обмотке С равен нулю, в то время как в обмотке С₁ движется максимальный ток, и соединения таковы, что кольцо намагничивается обмотками с₁с₁ как показано буквами N5 на рисунке 1а, причем намагничивающий эффект обмоток сс равен нулю, поскольку эти обмотки включены в контур катушки С.

 

На рис. 2 катушки якоря показаны в более продвинутой позиции, когда пройдена одна восьмая оборота. Рис. 2а иллюстрирует соответствующее магнитное состояние кольца. В этот момент обмотка с вырабатывает ток того же направления, как и прежде, но слабее, образуя на кольце полюса njSj обмотка с также вырабатывает ток того же направления, и соединение таково, что обмотки сс образуют полюса ns, как показано на рис. 2а. Результирующая полярность обозначена буквами NS, и можно заметить, что полюса кольца сместились на одну восьмую его окружности.

 

На рис. 3 якорь завершил одну четверть оборота. На этой стадии ток в катушке С максимален и имеет такое направление, что создает полюса NS на рис. 3а, в то время как ток в катушке С равен нулю, поскольку эта катушка находится в нейтральной позиции. Полюса TVS на рис. 3а, таким образом, сместились на одну четверть окружности кольца.

Рис. 4 показывает катушки СС в еще более продвинутой позиции, когда якорь завершил три четверти одного оборота. В данный момент катушка С по-прежнему вы

 

рабатывает ток того же направления, что и раньше, но меньшей силы, образуя сравнительно более слабые полюса т на рис. 4а. Ток в катушке С₁ обладает той же силой, но противоположен по направлению. Его действие, таким образом, образует на кольце полюса и^₁ как показано на рисунке, и полярность ЫБ, поскольку полюса теперь сместились на три четверти периферии кольца.

 

На рис. 5 завершена половина оборота якоря, и результирующее магнитное состояние кольца показано на рис. 5а. Теперь ток в катушке С равен нулю, в то время как через катушку С₁ проходит максимальный ток, имеющий то же направление, что и прежде. Магнетизирующий эффект, таким образом, вызывается только катушками С₁С₁ и, обращаясь к рис. 5а, можно увидеть, что полюса МБ сместились на половину окружности кольца. Во время последующей половины оборота все операции повторяются, как показано на рис. с 6-го по 8-й а.

 

При обращении к рисункам становится ясно, что во время одного оборота якоря полюса кольца смещаются вдоль его окружности, и каждый оборот производит такие же эффекты. Результатом этого является быстрое вращение полюсов, согласованное с вращением якоря. Если соединение какого-либо из контуров кольца реверсировать, то смещение полюсов будет происходить в обратном порядке, но действие будет совершенно тем же самым. Вместо использования четырех проводов с тем же результатом можно использовать три, причем один из них будет выступать как общий обратный для обоих контуров.

 

Это вращение или смещение полюсов проявляет себя в ряде любопытных феноменов. Если свободно насаженный на ось диск из стали или другого магнитного металла поднести к кольцу, он начнет быстро вращаться, причем направление вращения будет зависеть от положения диска. Например, если мы отметим направление движения снаружи кольца, то окажется, что внутри кольца диск вращается в противоположном направлении, в то время как в положении, симметричном кольцу, он не будет испытывать никакого воздействия. Каждый раз, приближаясь, один из полюсов формирует противоположный полюс в ближайшей к нему точке диска, и на эту точку действует сила притяжения; благодаря этому по мере того как полюс смещается дальше от диска, тот притягивается по касательной, и поскольку данное действие постоянно повторяется, следует более или менее быстрое вращение диска. Поскольку притяжение испытывает в основном тот участок диска, который ближе к кольцу, то вращение снаружи и внутри, или вправо и влево соответственно, происходит в разных направлениях, как на рис. 9. Когда диск размещен симметрично кольцу, притяжение на обеих сторонах диска одинаково и вращения не происходит. Этот процесс основан на магнитной инерции железа; по этой причине диск из твердой стали испытывает гораздо большее воздействие, чем диск из мягкого железа, ибо последний способен к очень быстрым вариациям магнетизма. Такой диск проявил себя как очень полезный инструмент во всех подобных исследованиях, поскольку давал мне возможность определять любое отклонение в процессе. Любопытное действие также оказывается на железные опилки. Поместив немного опилок на бумагу и держа их снаружи довольно близко к кольцу, можно сообщить им колебательные движения, причем они остаются на одном месте, если двигать бумагу вперед и назад. Но если приподнять бумагу на определенную высоту, которая зависит, судя по всему, от интенсивности полюсов и скорости вращения, опилки отбрасываются прочь в направлении, всегда противоположном предполагаемому движению полюсов. Если бумагу с опилками положить плашмя на кольцо и внезапно включить ток, можно с легкостью наблюдать наличие магнитного завихрения.

s

 

Чтобы продемонстрировать полную аналогию между кольцом и вращающимся магнитом, я механическим способом вращал сильно заряженный электромагнит и наблюдал феномены, до последней детали идентичные вышеупомянутым.

Очевидно, вращение полюсов оказывает соответствующий индуктивный эффект и может быпь использовано для выфаботки токов в закрыггом проводнике, помещенном в область воздействия полюсов. Для этой цели удобно обернуть кольцо двумя наборами наложенных друг на друга обмоток, формирующих соответственно первичный и вторичный контур, как показано на рис. 10. С целью обеспечить наиболее экономически выгодные результаты магнитная цепь должна быть полностью замкнута; для этого конструкция может быть изменена по желанию экспериментатора. Индуктивный эффект, оказываемый на вторичные обмотки, в основном будет результатом движения или смещения магнитного воздействия; но помимо этого в обмотках могут возникнуть токи, являющиеся следствием вариаций в интенсивности полюсов. Однако должным образом сконструировав генератор и рассчитав магнетизирующий эффект первичных обмоток, этот элемент можно исключить. Если поддерживать интенсивность полюсов постоянной, то действие аппарата будет идеальным, и будет достигнут тот же результат, как если бы смещение было спровоцировано посредством коллектора с бесконечным числом щеток. В таком случае теоретическое отношение между возбуждающим действием каждого из наборов первичных обмоток и их результирующим магнитным эффектом может быть выражено через уподобление кругу, центр которого совпадает с центром прямоугольной системы осей, где радиус представляет равнодействующую, а координаты — обе ее составляющие. Они являются соответственно синусом и косинусом угла а между радиусом

и одной из осей (ОХ). Обратившись к рис. 11, мы получим

2 2,2

r = x +y, где х = r cos а, а у = r sin а.

Допустим, что магнитный эффект каждого из наборов обмоток трансформатора пропорционален силе тока, что можно допустить для слабых степеней намагничивания; тогда х = Кс, a y = Kc₁, где К — константа, а с и с₁ — сила тока в каждом из наборов обмоток соответственно. Предположив далее, что поле генератора постоянно, мы имеем для постоянной скорости с₁ = К₁ sin a, а с = K₁ sin (90° + а), где К₁ — константа (см. рис. 12). Поэтому х = Кс = КК₁ cos; у = Кс\ = КК\ sin а; а KK\ = r.

То есть для однородного поля расположение двух катушек перпендикулярно друг другу обеспечивает теоретически рассчитанный результат, и интенсивность смещающихся полюсов будет постоянной. Но из r² =х²+у² следует, что для у = 0 r = х, следовательно, объединенный намагничивающий эффект обоих наборов обмоток должен быть равным эффекту одной обмотки при ее максимальном действии. В трансформаторах и в двигателях определенного класса флуктуации полюсов не имеют большого значения, но для другого класса двигателей получение этого теоретического результата весьма желательно.

Применяя этот принцип к конструкции двигателей, можно разработать два их типа. Первый имеет сравнительно небольшой пусковой вращающий момент, но сохраняет совершенно одинаковую скорость при любой нагрузке; этот двигатель можно назвать синхронным. Второй обладает большим пусковым вращающим моментом, но скорость его зависит от нагрузки.

Эти двигатели могут приводиться в действие тремя различными способами:

1. Переменными токами только от источника.

2. Комбинированным действием токов от источника и индуцированных токов.

3. Объединенным действием переменных и постоянных токов.

 

Простейшая форма синхронного двигателя получается путем наматывания на пластинчатое кольцо, снабженное полюсными выступами, четырех обмоток и соединения их указанным выше образом. Железный диск с вырезанным сегментом на каждой из сторон может быть использован как якорь. Такой двигатель показан на рис. 9. При установке диска таким образом, чтобы он свободно вращался внутри кольца в непосредственной близости к полюсным выступам, очевидно, что, поскольку полюса смещаются, он будет благодаря тенденции занимать такое положение, чтобы охватывать наибольшее число силовых линий, неотступно следовать за движением полюсов, и его движения будут синхронны с движениями якоря генератора, то есть это будет так в особенном расположении, показанном на рис. 9, при котором якорь за один оборот выдает два импульса тока в каждом из контуров. Очевидно, что если за один оборот якоря будет произведено большее число импульсов, скорость двигателя соответственно возрастет. Если принять во внимание, что сила притяжения, действующая на диск, будет больше всего, когда он находится вблизи полюсов, то из этого следует, что такой двигатель будет сохранять в точности одну и ту же скорость при всех нагрузках в пределах своей мощности.

 

Чтобы облегчить запуск двигателя, диск можно снабдить обмоткой, замкнутой на себя. Преимущество, предоставляемое такой обмоткой, очевидно. При запуске токи, возникающие в обмотке, сильно возбуждают диск и увеличивают притяжение, оказываемое на него кольцом, и поскольку в обмотке вырабатываются токи, пока скорость якоря меньше скорости смещения полюсов, такой двигатель может выполнить значительную работу, даже если скорость ниже обычной. Когда напряженность полюсов постоянна и двигатель вращается со своей нормальной скоростью, никакие токи в обмотке не образуются.

 

Вместо того чтобы замыкать обмотку на себя, ее концы можно соединить с двумя изолированными скользящими кольцами и подать постоянный ток от соответствующего генератора. Правильный способ запустить такой двигатель — замкнуть обмотку на себя до тех пор, пока не будет достигнута или почти достигнута нормальная скорость, а затем подать постоянный ток. Если диск будет очень сильно возбужден постоянным током, двигатель может не завестись, но если он будет заряжен слабо или вообще так, что магнитное воздействие кольца будет преобладать, он заведется и достигнет нормальной скорости. Такой двигатель будет сохранять одну и ту же скорость при любых нагрузках. Было также обнаружено, что если движущая сила генератора не чрезмерна, то при ограничении скорости двигателя скорость генератора уменьшается в согласии со скоростью двигателя. Для этого вида двигателя характерно, что его нельзя реверсировать, реверсировав постоянный ток в обмотке.

 

Синхронизм этих двигателей можно экспериментально продемонстрировать разными способами. Для этой цели лучше всего использовать двигатель со стационарным возбуждающим магнитом и якорем, который вращается внутри его, как показано на рис 13. В этом случае смещение полюсов якоря вызывает его вращение в противоположном направлении. Отсюда следует, что, когда достигнута нормальная скорость, полюса якоря занимают фиксированное положение относительно стационарного магнита и он намагничивается путем индукции, демонстрируя отчетливое наличие полюса на каждом из полюсных выступов. Если кусок мягкого железа приблизить к стационарному магниту, он вначале будет притягиваться с быстрым колебательным движением, вызванным реверсивностью полюсов магнита, но, по мере того как скорость якоря возрастает, вибрации становятся все менее частыми и, наконец, полностью прекращаются. После этого железо слабо, но постоянно притягивается, показывая тем самым, что синхронизм достигнут и стационарный магнит возбужден индукцией.

Для этого опыта можно также использовать диск. Если держать его достаточно близко к якорю, он будет вращаться до тех пор, пока скорость вращения полюсов превышает скорость якоря, но когда достигнута или почти достигнута нормальная скорость, он прекращает вращение и испытывает постоянное притяжение.

1 8

Примитивный, но показательный эксперимент можно провести с лампой накаливания. Включив лампу в цепь с генератором постоянного тока и последовательно соединив с магнитной обмоткой, можно наблюдать быстрые флуктуации свечения — это следствие индуцированных токов, возникающих в обмотке при запуске двигателя. По мере того как повышается скорость, флуктуации проявляются с большими временными интервалами, пока не исчезают полностью, указывая, что двигатель развил нормальную скорость. Наиболее чувствительным инструментом является телефонная трубка: если соединить ее с любой цепью двигателя, синхронизм можно легко определить по исчезновению индуцированных токов.

В двигателях синхронного типа желательно сохранять количественный показатель смещения полюсов постоянным, особенно если магниты не разделены должным образом.

Получение вращающего момента в таких двигателях явилось предметом долгих раздумий. Для обеспечения этого результата было необходимо создать такую конструкцию, чтобы, когда полюса одного элемента двигателя смещались под действием переменного тока от источника, полюса, образованные на другом элементе, всегда поддерживались в должном соотношении с первыми, независимо от скорости двигателя. Такие условия существуют в двигателе постоянного тока, но в синхронном двигателе, подобном описанному, это условие выполняется только при нормальной скорости.

Этой цели удалось достичь, поместив в кольцо подобающим образом разделенный цилиндрический железный сердечник с несколькими независимыми обмотками, замкнутыми на себя. Двух обмоток под прямым углом, как показано на рис. 14, достаточно, но применение большего количества дает дополнительные преимущества. В результате такого расположения, когда полюса кольца смещаются, в замкнутых якорных обмотках формируются токи. Они наиболее сильны в точках наибольшей плотности силовых линий или поблизости от них, и их воздействие образует

 

полюса на якоре перпендикулярно к полюсам кольца, по крайней мере, в теории это так. Поскольку это воздействие совершенно не зависит от скорости, то есть насколько это касается расположения полюсов, на периферию якоря оказывается постоянное притяжение. Во многих отношениях эти двигатели схожи с двигателями постоянного тока. При нагрузке скорость, как и сопротивление двигателя, уменьшается, и сквозь возбуждающие обмотки проходит больше токов, что увеличивает усилие. При снятии нагрузки противоэлектродвижущая сила возрастает, и сквозь первичные обмотки возбуждения проходит меньший ток. Без всякой нагрузки скорость практически равна скорости смещения полюсов стационарного магнита.

Как будет видно из дальнейшего, вращающий момент в таких двигателях полностью равен вращающему моменту двигателей постоянного тока. Усилие бывает наибольшим, когда и якорь, и стационарный магнит не имеют никаких выступов; но поскольку при таком расположении поле не может быть очень концентрированным, возможно, наилучшие результаты будут получены, если оставить полярные выступы только на одном из элементов. Вообще можно сказать, что выступы уменьшают вращающий момент и образуют тенденцию к синхронизму.

Характерная черта двигателей такого типа — их способность к быстрому реверсированию. Это — следствие своеобразной работы двигателя. Допустим, что якорь вращается и направление вращения полюсов реверсируется. Тогда весь аппарат представляет собой динамо-машину; силой, приводящей машину в движение, является импульс, аккумулированный в якоре, а ее скорость является суммой скоростей якоря и полюсов.

Если мы теперь примем во внимание, что движущая сила этой машины будет примерно пропорциональна кубу скорости, то по одной только этой причине якорь должен быстро реверсировать. Но одновременно с реверсом вступает в силу другой фактор, а именно — когда движение полюсов по отношению к якорю становится обратным, двигатель начинает действовать как трансформатор, в котором сопротивление вторичного контура аномально уменьшено образованием в этой цепи дополнительной электродвижущей силы. По этим причинам реверс происходит мгновенно.

Если желательно обеспечить постоянную скорость и в то же время сохранить определенное усилие при запуске, этого результата можно легко достичь разнообразными способами. Например, можно укрепить на одной оси два якоря — один для вращающего момента, а другой для синхронизма — и обеспечить любому из них преимущество. Еще можно сделать обмотку якоря так, чтобы вызывать вращательное усилие, но более или менее выраженная тенденция к синхронизму возникнет у него при правильной конструкции железного сердечника. Есть и много других путей.

В качестве средства получения желаемой фазы токов в обеих цепях расположение двух обмоток перпендикулярно друг к другу является простейшим из возможных и обеспечивает наиболее равномерную работу. Но этой фазы можно достичь и многими другими методами, разнящимися в зависимости от применяемой машины. Любая из динамо-машин, в настоящее время находящихся в употреблении, может быть легко приспособлена для этой цели путем образования соединений с нужными точками генерирующих ток обмоток. При применении якорей с замкнутыми обмотками, какие используются в системах постоянного тока, лучше всего сделать четыре ответвления от равноудаленных точек или пластин коммутатора и соединить их с четырьмя изолированными скользящими кольцами на валу. В этом случае каждая из цепей двигателя соединена с двумя противоположными пластинами коммутатора. При таком расположении двигатель может также работать при половинном потенциале и по трехпроводной схеме благодаря соединению обмоток двигателя в должном порядке с тремя из контактных колец.

В многополярных динамо-машинах, таких, какие используются в конвертерных системах, эта фаза легко может быть достигнута путем снабжения якоря двумя наборами обмоток таким образом, что, когда обмотки одного набора или последовательности производят максимальный ток, обмотки другого набора находятся в нейтральной позиции или почти в ней. Таким образом, оба набора обмоток могут одновременно или последовательно подвергаться индуктивному воздействию стационарных магнитов.

Как правило, контуры двигателя будут иметь похожее расположение, и для того, чтобы удовлетворять требованиям, могут быть сделаны различные конструкции. Но простейшим и наиболее практичным способом является расположение первичных контуров на неподвижных частях двигателя, что позволяет избежать — по крайней мере, в некоторых модификациях — применения скользящих контактов. В этом случае магнитные обмотки включены в оба контура попеременно, то есть 1, 3, 5... в одну цепь, а 2, 4, 6..,— в другую, и все обмотки каждого набора или последовательности могут быть соединены тем же способом или попеременно в оппозиции. В последнем случае получится двигатель с половинным числом полюсов, и его действие соответственно изменится.

Применение многополярных двигателей обеспечивает в этой системе весьма желательное преимущество, которое недостижимо в системах постоянного тока, а именно — двигатель можно заставить работать с заранее определенной скоростью, независимо от несовершенств конструкции, нагрузки и (в определенных пределах) от электродвижущей силы и силы тока.

В обычной распределительной системе такого рода должна применяться следующая схема. На центральной станции подачи энергии должен быть установлен генератор, имеющий значительное число полюсов. Двигатели, получающие питание от этого генератора, должны быть синхронного типа, но обладать при этом существенным вращающим моментом, чтобы обеспечить запуск. Что касается правил, применяемых к конструкции, можно допустить, что скорость каждого двигателя будет в некоторой обратной пропорции к его размеру, и количество полюсов следует выбирать с этим учетом. И все же наличие исключительных требований может изменять это правило. Учитывая это, хорошо бы снабдить каждый двигатель болышим числом полюсных выступов или обмоток — предпочтительно кратным двум и трем. Благодаря этому при простом изменении соединений между обмотками двигатель может быть приспособлен к любым возможным требованиям.

Если число полюсов четное, его работа будет гармоничной, и мы получим нужный результат; если это не так, то лучшим вариантом будет собрать двигатель с двойным числом полюсов и соединить их в ранее описанной манере, чтобы в результате получилось половинное число полюсов. Предположим, например, что генератор имеет двенадцать полюсов, и желательно достигнуть скорости, равной ¹²/₇ скорости генератора. Это потребует применения двигателя с семью полюсными выступами или магнитами, а такой двигатель нельзя правильно подключить к контурам, если не снабдить его четырнадцатью обмотками якоря, что сделает необходимым применение скользящих контактов. Чтобы избежать этого, двигатель следует снабдить четырнадцатью магнитами и соединить их так, чтобы в каждой цепи получилось по семь магнитов, причем магниты, включенные в каждую цепь, должны между собой чередоваться. Якорь должен иметь четырнадцать замкнутых обмоток. Действие двигателя не будет таким совершенным, как при наличии четного числа полюсов, но это не слишком серьезный недостаток.

Кстати, недостатки, происходящие от асимметричной формы, можно уменьшить в той же пропорции, в какой увеличено количество полюсов.

Если генератор имеет, скажем, п полюсов, а двигатель — п_], то скорость двигателя будет равна скорости ге- нер атор а, умноженной на п/п_].

Скорость двигателя в принципе зависит от числа полюсов, но из этого правила бывают исключения. Скорость может меняться в зависимости от фазы тока в обмотках, или характера импульсов тока, или от величины интервалов между импульсами или группами импульсов.

Таким способом можно добиться любой желательной скорости — по крайней мере в пределах практических нужд. Таким преимуществом, в числе прочих, эта система обладает в результате своей простоты. При полной нагрузке двигатели демонстрируют такую же эффективность, как и двигатели постоянного тока. Трансформаторы дают дополнительное преимущество своей способностью участвовать в работе двигателей. Они позволяют вносить похожие изменения в свою конструкцию, что облегчает соединение с двигателями и их приспособление под практические нужды. Их эффективность должна быть выше, чем эффективность современных трансформаторов. Моя убежденность в этом основывается на следующих моментах.

В трансформаторе той конструкции, которая используется сейчас, мы производим токи во вторичной цепи, варьируя силу первичных, или возбуждающих, токов. Если допустить существование пропорциональности по отношению к железному сердечнику, то индуктивный эффект, оказываемый на вторичную обмотку, будет пропорционален числовой сумме вариаций в силе возбуждающего тока за единицу времени. Отсюда следует, что при заданной вариации любое продление действия первичного тока приведет к пропорциональным потерям. С целью получить быстрые вариации в силе тока, важные для эффективной индукции, используется большое число онду- ляций. Результатом этого становятся многие недостатки. В их числе возросшая стоимость и уменьшающаяся эффективность генератора, большая потеря энергии при нагреве сердечников, а также уменьшенная производительность трансформатора, поскольку сердечники используются неправильно из-за чересчур быстрых реверсов. На определенных фазах также очень мал индуктивный эффект, как можно видеть из графического изображения, и могут присутствовать периоды бездействия, если есть интервалы между последовательными импульсами или волнами тока. При смещении же полюсов в трансформаторе и таким образом индуцироваинык токах индукция будет носить идеальный характер, поскольку станет всегда поддерживаться в состоянии пиковой активности. Также вполне разумно предположить, что при смене полюсов потеря энергии будет меньшей, чем при реверсах.

 

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ИНДУКЦИОННЫЙ АППАРАТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Статья в журнале «The Electrical Engineer», Нью-Йорк, 6 мая 1891 г.

Около полутора лет назад, когда я занимался изучением переменных токов короткого периода, мне пришло в голову, что такие токи могут быть получены путем вращения заряженный поверхностей в непосредственной близости к проводникам. Поэтому я создал несколько форм экспериментальных аппаратов, два из которых показаны на сопроводительных иллюстрациях.

 

В аппарате, показанном на рис. 1, буквой А обозначено кольцо из сухого твердого дерева, обработанного шеллаком, снабженное изнутри двумя наборами накладок из оловянной фольги — а и Ь соответственно. Все накладки а и все накладки Ь соединены между собой соответственно, но независимо друг от друга. Эти два набора накладок подключены к двум контактам Т. Ради наглядности на рисунке показаны лишь некоторые из накладок. Внутри кольца А и вблизи него помещен вращающийся цилиндр В, также изготовленный из сухого, покрытого шеллаком твердого дерева, снабженный двумя такими же наборами накладок аі и Ь₁ Все накладки я, соединены с одним кольцом, а все накладки Ь₁ — с другим; кольца помечены знаками «+» и «—». Эти два набора а₁ и Ь₁ заряжены до высокого потенциала с помощью машины Хольтца или Вимшурста и могут быть соединены с [лейденской] банкой определенной емкости. Внутренняя часть кольца А покрыта слюдой с целью усилить индукцию и позволить использование более высоких потенциалов.

 

Когда цилиндр В с заряженными накладками начинает вращаться, через цепь, соединенную с контактом Т, проходит переменный ток.

Другая форма аппарата показана на рис. 2. В этом аппарате два набора накладок из фольги наклеены на пластину из эбонита, при этом есть вторая такая же вращающаяся пластина, накладки которой заряжены, как на рис. 1.