Никола Тесла

Эксперимент состоялся на следующий день. Тесла поместил «яйцо» в центр и подал ток. «Яйцо» тут же начало вращаться и постепенно, к изумлению присутствующих, приняло вертикальное положение. Таким образом, Тесла не только «обошел Колумба», но и с легкостью продемонстрировал принципы действия вращающегося магнитного поля. Зрители были в восхищении.

Потом Тесла еще не раз демонстрировал этот «фокус», внося в него различные изменения. Например, он демонстрировал «теорию планетарного движения» — в этом эксперименте использовались, как правило, один большой и несколько маленьких медных шариков. Когда включалось поле, все шарики начинали вращаться: крупные оставались в центре, а маленькие кружились вокруг них, словно луны вокруг планет, постепенно отступая, пока не достигали внешнего края поля, и тогда все начиналось заново.

Эксперимент с «Колумбовым яйцом» сыграл в судьбе Теслы важную роль. Вскоре Тесла, Пек и Браун зарегистрировали новую компанию «Тесла электрик». Средства в основном предоставил Пек, техническое оснащение — Браун, ну а с идеями все было в порядке — у Теслы их хватало. Первая его американская лаборатория была открыта по адресу Либерти-стрит, 89, недалеко от причалов и портовых складов на реке Гудзон. Тесла с головой погрузился в работу.

* * *

Теперь он снова не выходил из лаборатории целыми сутками. У него появилась возможность доказать преимущества своего двигателя переменного тока. А в том, что он более удобен и эффективен в эксплуатации, Тесла был уверен.

Эксперименты с переменным током в Америке уже шли. Так, Элихью Томсон из «Томсон-Хьюстон электрик компани» установил генератор переменного тока на фабрике в Линне, штат Массачусетс. Потом, правда, Томсон перейдет в лагерь противников переменного тока.

Изобретатель железнодорожного тормоза Джордж Вестингауз, купивший патенты француза Люсьена Голара и англичанина Джона Диксона Гиббса на распределительные системы переменного тока, дал задание своему главному инженеру Уильяму Стенли «поколдовать» над ними. Стэнли разработал для системы Голара — Гиббса параллельную схему и независимое управление отдельными частями. А кроме того — трансформатор, который повышал напряжение переменного тока с 500 до 3000 вольт, пока он проходил по проводам, а затем, при его поступлении в дома, снова понижал. Подобное изобретение позволяло передавать ток на четверть мили дальше, чем при системах постоянного тока на низком напряжении. В ноябре 1886 года Вестингауз ввел в действие первую в Америке коммерческую систему переменного тока в Буффало, а вскоре у него работало уже более тридцати станций.

Впрочем, Эдисон не воспринимал эти достижения всерьез. «Пусть Вестингауз изобретает железнодорожные тормоза, у него это хорошо получается», — говорил он. Накануне пуска системы Вестингауза в Буффало Эдисон писал: «Вестингауз наверняка убьет покупателя через полгода после установки его системы любого размера. Он создал новую вещь, и чтобы проверить ее на практике, понадобятся сотни экспериментов. Но это никогда не будет безопасно».

Повторим: главной проблемой тогда (она во многом остается актуальной и сегодня, только в других масштабах) была передача тока на большие расстояния. В 1881 году французский инженер Марсель Депре установил мировой рекорд, передав постоянный ток на расстояние в 57 километров — из Мисбаха в Мюнхен. Затем он построил линию электропередачи из Крея в Париж (тоже около 60 километров). Его эксперименты показали неплохой по тем временам КПД передачи — 40—45 процентов. Но результат достигался тем, что Депре увеличивал напряжение со 100 до 6000 вольт, то есть делая его смертельно опасным, чего так боялся Эдисон. Можно было бы, конечно, рискнуть безопасностью и для более эффективной передачи тока еще больше увеличить напряжение, но это требовало сложного оборудования. Это и сейчас не так просто.

Сторонники переменного тока, в свою очередь, утверждали — выход в том, что сделал Стэнли. То есть производить переменный ток низкого напряжения, затем повышать его до требуемой величины, передавать на большие расстояния, а на месте снова понижать. Это сделать просто — с помощью трансформаторов. Сейчас переменный ток передают на ЛЭП при напряжении 500 и 750 тысяч вольт. Самой высоковольтной ЛЭП в мире считается построенная еще в СССР линия Экибастуз—Кокчетав в Казахстане. Ее номинальное напряжение — 1 миллион 150 тысяч вольт. Правда, говорят, что сейчас она эксплуатируется под вдвое меньшим напряжением.

Но в конце XIX века сторонники переменного тока упирались в серьезную проблему: как этот переданный ток использовать в промышленных и коммерческих масштабах? Ведь надежных электродвигателей для него еще не было, а именно электродвигатель, который бы крутил станки на заводах или колеса различных транспортных машин, справедливо считался будущим человечества. То есть попытки создать такой двигатель делались и раньше, но заканчивались неудачно: двигатели выходили либо слишком неэкономичными, либо сложными и ненадежными.

И вот теперь в это противостояние постепенно втягивался и Тесла. У него были все шансы занять в рядах сторонников переменного тока командные позиции. Он с головой ушел в работу. Разрабатывал практически все необходимое оборудование для всей системы: генераторы, трансформаторы, счетчики и, главное, — двигатель. Одновременно он вел и теоретические расчеты.

Через шесть месяцев после открытия своей мастерской Тесла послал в Патентную комиссию США две заявки на многофазные двигатели и оформил свои первые патенты на двигатели переменного тока. 1 мая 1888 года Тесле были выданы патенты за номерами 381968 и 382280. В тот же день он послал патентные заявки на свое изобретение в Англию и Германию и вскоре получил патенты и в этих странах.

В чем же были главные особенности двигателей Теслы? Предоставим слово первому отечественному биографу ученого, электротехнику и популяризатору науки Борису Ржонсницкому:

«Еще в Будапеште весной 1882 года Тесла ясно представил себе, что если каким-либо образом осуществить питание обмоток магнитных полюсов электродвигателя двумя различными переменными токами, отличающимися друг от друга лишь сдвигом по фазе, то чередование этих токов вызовет переменное образование северного и южного полюсов или вращение магнитного поля. Вращающееся магнитное поле должно увлечь и обмотку ротора машины.

Построив специальный источник двухфазного тока (двухфазный генератор) и такой же двухфазный электродвигатель, Тесла осуществил свою идею. И хотя конструктивно его машины были весьма несовершенны, принцип вращающегося магнитного поля, примененный в первых же моделях Теслы, оказался правильным.

Рассмотрев все возможные случаи сдвига фаз, Тесла остановился на сдвиге в 90°, то есть на двухфазном токе. Это было вполне логично — прежде чем создавать электродвигатели с большим числом фаз, следовало начать с тока двухфазного. Но можно было бы применить и другой сдвиг фаз: на 120° (трехфазный ток). Не проанализировав теоретически и не осмыслив все возможные случаи, он все свое внимание сосредоточил на двухфазном токе, создав двухфазные генераторы и электродвигатели, и лишь мельком упомянул в своих патентных заявках о многофазных токах и возможности их применения».

Кстати, это упоминание сослужило ему потом хорошую службу. Но к этому мы еще вернемся, а пока важно отметить, что Тесла, во-первых, открыл явление вращающегося магнитного поля, а во-вторых, применил его на практике, создав свой двухфазный асинхронный двигатель. Это были выдающиеся открытия в истории электротехники.

В это время о работе Теслы прослышал Томас Коммерфорд Мартин — редактор газеты «Электрикал уорлд» и президент Американского института инженеров-электриков. Он, в свою очередь, уговорил профессора Корнеллского университета Уильяма Энтони приехать на Либерти-стрит и посмотреть на двигатели Теслы. Затем уже сам Тесла съездил в университет. Работу сербского изобретателя оценили очень высоко. Энтони восторженно писал Мартину, что увидел агрегат весом всего-то в 5,5 килограмма, который разгонялся до трех тысяч оборотов: «…в то время как один из работающих на переменном токе контуров внезапно перевернулся, он изменил направление своего вращения так неожиданно, что я едва смог это увидеть. При всем этом, понимаешь ли, в системе нет коммутатора. Прибор не подключен ни к чему другому… две цепи переменного тока замыкаются, образуя поля. Там нечему изнашиваться, за исключением двух опор». Энтони был уверен, что двигатели Теслы ничем не уступают двигателям постоянного тока. И это как минимум.

Вместе с Мартином он начал уговаривать Теслу показать свой мотор на собрании института инженеров-электриков. Тот сначала отказывался, ссылаясь на усталость и занятость, но потом все-таки согласился.

В ночь перед лекцией Тесла набросал текст своей речи карандашом. Выступление состоялось 16 мая 1888 года в Колумбийском университете. Лекция называлась «Новая система двигателей и трансформаторов переменного тока». Он начал с краткого описания «существующих различий во взглядах на относительные достоинства систем переменного и постоянного тока». «Огромная важность придается вопросу о том, могут ли системы переменного тока успешно использоваться в работе двигателей», — сказал Тесла. Затем последовал подробный экскурс в историю проблем более ранних изобретений и путей их решения. Все это сопровождалось демонстрацией диаграмм и математических расчетов. Его слушали очень внимательно.