История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Признав, что конкуренция серьезная, операторы энергетических систем постоянного тока забеспокоились. В середине 1888 года они сделали попытку дискредитировать станции переменного тока нападками, которые, помимо всего прочего, должны были показать, что «переменный ток – страшная угроза человеческой жизни». Нападки были ожесточенными, и какое-то время обе системы функционировали независимо. Системы постоянного тока работали по большей части в городских районах, где потребности в энергии концентрировались на ограниченных участках, а системы переменного тока снабжали электричеством удаленные территории, где линии передачи были намного более протяженными. Однако очень скоро стало очевидно, что целесообразно совместить две системы, чтобы пользоваться преимуществами обеих. И системы постоянного тока стали проектировать таким образом, чтобы использовать переменный ток для передачи электроэнергии с центральной станции на удаленные вспомогательные подстанции. Там переменный ток преобразовывали в постоянный для местного распределения.

Ранние однофазные установки переменного тока Вестингауза вырабатывали однофазный ток (133⅓ цикла в секунду) и при передаче энергии работали при напряжении от 1000 до 2000 вольт. Они поставляли электричество только для освещения, и только спустя полтора года после первой установки Вестингауза в Буффало в 1886 году был изобретен надежный двигатель переменного тока. Несколько изобретателей, работавших независимо в Соединенных Штатах и Европе в конце 1880-х годов, разрабатывали генераторы и двигатели многофазного тока. Одним из них был хорват по рождению Никола Тесла (1856–1943). Именно он после долгих мытарств получил патентные права на изобретение системы многофазного тока для приведения в действие индукционного двигателя. Многофазный переменный ток, в отличие от однофазного, исходит от катушек генератора, навитых так, чтобы создать две или больше отдельных цепей, поставляющих ток к выводным контактам. В течение следующих десятилетий шло постоянное совершенствование электрооборудования, которое теперь могло приводить в движение все, что угодно, от игрушечной машинки до корабля.

Поскольку ранние генераторы переменного тока Вестингауза (133⅓ цикла в секунду) вырабатывали энергию при слишком высокой частоте для эффективной работы двигателя, постепенно в США распространились 60– и 25-цикловые генераторы. При 60 циклах человеческий глаз не замечает мерцания в лампе накаливания, а при 25 циклах оно хорошо заметно, особенно в небольших лампах. Поэтому какое-то время использовались 60 циклов, если энергия требовалась для освещения, и 25 циклов – когда ток использовался для двигателей. В других странах стандартной частотой для освещения стало 50 циклов, для других нужд – 16⅔ цикла. Большие генераторы Вестингауза на Колумбийской выставке в Чикаго в 1893 году работали при 60 циклах. Напряжения переменного и постоянного тока в 1890-х годах также были стандартизированы, и к концу века 110 вольт стало обычным напряжением для американских цепей освещения.

После развития надежных систем передачи переменного тока и двигателей осталась проблема преобразования переменного тока в постоянный для железных дорог, гальванического производства и некоторых других отраслей промышленности, где использовался только постоянный ток. Около 1892 года инженеры изобрели синхронный роторный преобразователь, состоящий из вращающегося модуля, который получает на одном конце переменный ток, а с другого конца выдает постоянный ток. Роторный преобразователь оказался исключительно полезным в разных областях, где была либо необходимой, либо желательной передача переменного тока при высоком напряжении и использование постоянного тока. В 1902 году американец Питер Купер Хьюитт (1861–1921) придумал статический выпрямитель, состоящий из выкачанной емкости с парами ртути. Электрический ток тек через пары ртути от металлических анодов к ртутному катоду в дне емкости, но не в обратном направлении. Таким образом, происходило преобразование или выпрямление переменного тока в постоянный – подавлялся ток в одном направлении. Устройство являлось своего рода предохранительным клапаном.