Эдисон. Электрическое освещение

Эдисону удалось сделать свою рабочую модель лампочки, но ему еще многое нужно было прояснить для решения задачи создания системы распределения света. Без усовершенствования динамо-машин, распределительной сети, переключателей, предохранителей, контактов, розеток и других компонентов лампа накаливания оставалась технической игрушкой. Таким образом, на повестке дня встала проблема создания работающей системы электрического освещения.

РАБОТА НАД ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СЕТЯМИ

С того самого момента, как у Эдисона сложилось его видение будущего мира, озаренного системой электрического освещения, и когда он начал работать над этим, в голове его возникла концепция распределительной сети. Он отталкивался от уже существующей схемы поставки газа, которым в то время освещали улицы и дома. Его система строилась вокруг центрального распределительного пункта, который снабжал улицы и дома, а также других точек распределения энергии. Как заявлял в печати Эдисон, данная система могла бы полностью обеспечить освещение нижней части Манхэттена, питаясь от одного генератора мощностью 500 л.с., с помощью подземных кабелей, которые передавали бы электричество в здания, используя для этого уже существующую газовую инфраструктуру. Первые проекты распределительных сетей включали сложные сочетания электромагнитов, переключателей, сопротивлений и рычагов, то есть элементов, оставшихся в наследство от телеграфных технологий, так хорошо знакомых Эдисону.

РИС. 4

РИС. 5

РИС. 6

Вплоть до 1878 года единственным известным способом распределения электрического тока по сети являлась последовательная схема (см. рисунок 4), где все элементы были подключены друг за другом и для электротока существовал единственный возможный путь. Сопротивление такой цепи — это арифметическая сумма сопротивлений всех ее элементов, а напряжение в ней равно сумме напряжений на всех клеммах ее компонентов. Ток в такой цепи неизменен в любой ее точке.

В последовательном контуре генератор напрямую соединяет индуктор с внешней цепью. Индуктор — это вращающаяся часть машины, где производится превращение механической энергии в электрическую путем электромагнитной индукции. Катушки данного генератора состоят из нескольких витков твердого железного провода низкого сопротивления. Это нестабильно работающая система, в которой напряжение плавает при изменении нагрузки, так что добавление или исключение из цепи ламп вызывает изменение света в остальных. Поскольку электрическое освещение имело практическое значение в местах поселения множества людей, Эдисон знал, что должно быть возможным зажигать и тушить каждую лампу независимо, не влияя на остальные компоненты цепи.

Изобретатель спроектировал параллельную цепь (см. рисунок 5), в которой конфигурация компонентов строилась таким образом, чтобы ток делился между ними. Если в последовательном контуре сила тока являлась величиной постоянной, а напряжение зависело от нагрузки, то в параллельном постоянным было напряжение, а сила тока, который подводился к каждому конкретному прибору, изменялась при подключении или выключении дополнительных элементов цепи или параллельного ответвления.

Главным элементом схемы Эдисона являлся генератор, мощность которого должна была удовлетворять потребности системы. Недовольный существующими конструкциями генераторов, Эдисон поставил задачу команде Менло-Парка разработать устраивающую его динамо-машину. Первая машина Эдисона имела неповторимый вид (см. рисунок 6). Ее катушки располагались вертикально почти на длину человеческого роста, поэтому она заработала прозвище «длинноногая Мэри Энн». Принцип работы аппарата был таким же, как и у любого двухполюсного генератора постоянного тока. Однако его схема обеспечивала исключительно низкое сопротивление, и если поддерживать постоянную скорость вращения, то напряжение генератора оставалось (с небольшими колебаниями) на уровне 110 вольт — величина, рассчитанная Эптоном для системы электрического освещения.

Согласно Эдисону, «Мэри Энн» могла работать на максимальной мощности без перегрева, превращая до 90 % механической энергии в электрическую. Иными словами, КПД генератора составлял 90%. Несмотря на это, многие ученые критиковали его расчеты, находя их ошибочными. В то время считалось доказанным, что отношение между внутренним сопротивлением динамо-машины и сопротивлением нагрузки не позволяет генератору достичь эффективности более 50%.

РИС. 7

Схема трехпроводной системы, включающей два провода под нагрузкой и один нулевой.