Никола Тесла. Изобретатель будущего

В двигателе постоянного тока коммутатор работает сходным образом, но его задача состоит в том, чтобы доставить ток ротору. Представим, что на коммутатор поступает электрический ток, который течет по единственной петле в катушке ротора и создает электромагнитное поле вокруг этой петли. Одновременно можно также пропустить ток через индукторные, или статорные, катушки двигателя и создать еще одно электромагнитное поле. Теперь если заставить электромагнитное поле, окружающее петлю ротора, вращаться в том же направлении, что и поле, созданное катушками статора, то эти два поля оттолкнутся и заставят ротор поворачиваться. (Вспомните, что в магнитах противоположные полюса притягиваются, а одинаковые полюса отталкиваются.) Однако, поскольку петля вращается, чтобы создать магнитное поле, которое оттолкнется полем статора, понадобится ток, текущий в противоположном направлении. Следовательно, чтобы заставить ротор вращаться непрерывно, необходимо регулярно изменять направление тока так, чтобы различные участки катушек ротора последовательно имели соответствующее магнитное поле, которое бы отталкивалось полем, созданным катушками статора. Это изменение направления тока обеспечивается коммутатором, который функционирует как поворотный переключатель и посылает ток в соответствующем направлении к каждому участку катушки ротора.

Мы так подробно рассмотрели принцип работы коммутаторов в двигателях постоянного тока и генераторах, так как они – существенный элемент электрических машин вращательного действия. Тем не менее коммутаторы были (и продолжают быть) ахиллесовой пятой машин постоянного тока: они были сложны в изготовлении и быстро изнашивались. Кроме того, коммутаторы часто воспламенялись в случае недостаточной электрической изоляции между сегментами или если щетки были неправильно прикреплены и касались слишком многих сегментов одновременно. Как мы вскоре увидим, Тесла рано понял, что коммутаторы были основной проблемой в электрическом оборудовании, и он намеревался искоренить их.

Проблема искрящихся коммутаторов

Именно во время одной из лекций Пешля в 187618–77 годах Тесла впервые столкнулся с проблемой двигателей переменного тока{86}, когда школа получила генератор Грамма, или динамо, из Парижа. Разработанная бельгийским приборостроителем Зенобом Граммом[13], эта машина поражала исследователей электричества тем, что производила более сильный и устойчивый постоянный ток. К концу 1870-х динамо Грамма использовались несколькими европейскими изобретателями для питания первых промышленных систем дугового освещения{87}.

Профессор Пешль использовал свое новое динамо Грамма для обучения студентов электрическому току. С помощью динамо часто демонстрировалась передача электроэнергии на расстояние. Эта возможность впервые была продемонстрирована на Международной выставке в Вене в 1873 году Ипполитом Фонтейном из Gramme Company. Фонтейн использовал динамо Грамма, чтобы генерировать электрический ток, который по проводам поступал в другое динамо, служившее двигателем{88}. Инженеры-электрики пришли в восторг от этой демонстрации, так как она показала потенциал для использования электродвигателей на фабриках и при транспортировке. До этого времени эксплуатация электродвигателей была ограниченной, потому как считалось, что они могли работать только от дорогостоящих батарей, но Фонтейн показал, что для этой цели могли служить динамо. Кроме того, Фонтей впервые продемонстрировал, что электричество можно передавать на расстояние, не используя неэффективные валы, ремни или веревки для соединения парового двигателя с машинами. Теперь имелась система передачи энергии, позволяющая производить электричество в любом удобном месте и затем потреблять ее там, где это необходимо.

Демонстрируя передачу электроэнергии, Пешль присоединил к динамо Грамма батарею, чтобы использовать его как двигатель{89}.

Хотя генератор постоянного тока можно использовать в качестве двигателя, необходимо тщательно отрегулировать щетки коммутатора во избежание воспламенения. Пешль плохо отладил щетки на динамо Грамма, вспоминал Тесла: «Во время демонстрации Пешля возникла проблема с щетками, посыпались искры, и я понял, что возможно запускать двигатель без этих приспособлений. Но он заявил, что это невозможно сделать, прочитав мне по этому поводу целую лекцию, в заключение которой он заметил: «Господин Тесла может добиться больших успехов, но у него никогда не получится реализовать эту задумку. Это все равно что преобразовать постоянную силу тяги, такую, как гравитация, во вращение. Это – схема вечного двигателя, неосуществимая идея»{90}.