Очерки по истории электротехники
Главная   >>   Очерки по истории электротехники

Очерки по истории электротехники

ГЛАВА 5  «ГЕРОИЧЕСКИЙ ПЕРИОД» ИСТОРИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ»

5.1. Электрическое освещение стимулирует рождение практической электротехники


Электротехнические устройства не выходили за пределы лабо­раторий, пока не было достаточно мощного и экономичного источ­ника электрической энергии и массового потребителя. К 1870 г. такой источник был создан. Следующие за этой датой 15—20 лет прошли как годы зарождения основных электротехнических уст­ройств массового промышленного и бытового назначения, как го­ды становления новой отрасли техники. Это был «героический» период истории электротехники.

Первым по-настоящему массовым потребителем электрической энергии явилась система электрического освещения. Электриче­ская лампа и по нынешний день осталась самым распространен­ным электротехническим устройством.

В течение первой половины XIX в. господствующее положение занимало газовое освещение, имевшее существенные преимуще­ства перед лампами с жидким горючим: централизация снабжения установок светильным газом, сравнительная дешевизна горючего, простота газовых горелок и простота обслуживания. Но по мере развития капиталистического производства, роста городов, строи­тельства крупных производственных зданий, гостиниц, магази­нов, зрелищных помещений оно все менее удовлетворяло требованиям практики, так как было опасно в пожарном отноше­нии, вредно для здоровья, а сила света отдельной горелки была мала. Особенно недостатки газового освещения стали сказываться на крупных предприятиях с большим числом рабочих, занятых на производстве по 12 — 14 часов в сутки, вызывая резкое снижение производительности труда.

Поэтому вполне своевременными, отвечавшими социаль­ному заказу общества были попытки создать электрические источники света, вскоре решительно вытеснившие все иные источники. Как пример опрометчивого и недальновидного выступления укажем на высказывание одного из крупнейших электриков, главного инженера фирмы Грамма Ипполита фон гена, который издал книгу «Электрическое освещение*. Там находим следующие слова: «Для жилых помещений газовое осве­щение является самым приятным, удобным и дешевым. Электри­ческое освещение, возможно, найдет применение для отдельных больших комнат и в парадных квартирах, но это будет такими ре­дкими исключениями, что излишне обращать на них внимание... Никогда электрический свет не нанесет ущерба газу, масляным лампам и саечам». Фонтен ошибся. И лишь как напоминание о тех временах сохранились до наших дней в некоторых за­падноевропейских городах газовые фонари, создающие своеоб­разный городской уют и атмосферу исторического музея.

Развитие электрического освещения шло по двум направлени­ям: конструирование дуговых ламп и ламп накаливания.

Вполне естественно начать историю электрического освещения с упоминания об опытах В. В. Петрова в 1802 г., которыми (как уже отмечалось) было установлено, что при помощи электриче­ской дуги «темный покой довольно ясно освещен быть может». Тогда же, в 1802 г., Дэви в Англии демонстрировал накал провод­ника током.

Электрическая или «вольтова» дуга представляла собой в буквальном смысле яркое проявление электрического тока и в первой половине XIX столетия она часто демонстрировалась в лабораториях и на лекциях об электричестве. Принципиальны­ми недостатками дугового источника являются: открытое пламя (и отсюда — пожарная опасность), огромная сила света и необ­ходимость регулирования дугового промежутка по мере сгора­ния углей.

В 1844 г. французский физик Жан Бернар Фуко (1819—1868 гг.), именем которого названы открытые им вихревые токи, заменил электроды из древесного угля электродами из ретортного угля, что увеличило продолжительность горения лампы. Регулирова­ние оставалось еще ручным (рис. 5.1). Такие лампы могли пол­учить применение лишь в тех случаях, когда требовалось непродолжительное по времени, но интенсивное освещение, на­пример, при подсветке предметного стекла микроскопа, при уст­ройстве сигнализации в маяках или театральных эффектах. Легко себе представить восторг (а может быть и испуг) зрительного за­ла, когда в Парижском оперном театре в 1847 г. по ходу спектакля(а давали оперу Мейербера «Пророк») восход солнца имитиро­вался с помощью дуговой лампы.

Дальнейшая исто­рия дугового элек­трического освеще­ния связана с изо­бретениями различ­ных механических и электромагнит­ных регуляторов, о чем уже рассказывалось в конце предыдущей главы.

Дальнейшая исто­рия дугового элек­трического освеще­ния связана с изо­бретениями различ­ных механических и электромагнит­ных регуляторов, о чем уже рассказывалось в конце предыдущей главы.

Идея дифференциального регулятора Чиколева, получившего широкое применение в прожекторостроении, была использована другими конструкторами, в частности немецким фабрикантом 3. Шуккертом. Крупносерийный выпуск дуговых ламп с диффе­ренциальным регулятором начали производить в конце 70-х годов заводы Сименса (с которыми объединились заводы Шуккерта), и такая лампа стала продаваться под наименованием «дуговая лам­па Сименса».

С 80-х годов дифференциальные дуговые лампы стали единст­венным типом дуговых источников света, которые применялись для освещения улиц, площадей, гаваней, а также для освещения больших помещений производственного или общественного на­значения, они стали обычными источниками света в прожектор­ной и светопроекционной технике.

Особое место среди дуговых источников света занимает «электрическая свеча» Павла Николаевича Яблочкова (1847— 1894). Изобретение, о котором пойдет речь, не привело к массо­вому и устойчивому применению именно этого источника света, но оно заслуживает особой оценки и отдельного рассказа, по­скольку именно «электрическая свеча» явилась тем детонато­ром, который вызвал бурный рост электротехнической промышленности.

П. Н. Яблочков был военным инженером, выпускником Глав, ною инженерного училища в Петербурге. Окончание им училища совпало но времени с появлением динамомашины, и молодой офицер, заинтересовавшись электротехникой, вскоре поступил в Техническое гальваническое заведение, в котором готовились военные электротехники. Желая посвятить себя полностью работам по электротехнике, Яблочков выходит в отставку и занимает, исследованиями в созданной им в Москве мастерской физических приборов.

Осенью 1875 г. Яблочков проводил опыт электролиза поваренной соли. Два угольных электрода были расположены параллель­но, и однажды, когда электроды на мгновение коснулись друг друга в нижних своих частях, между ними возникла электриче­ская дуга. Яблочков вместе со своим помощником как заворожен­ные наблюдали сквозь толстые стекла стеклянного сосуда яркое в буквальном смысле слова явление и «предоставили углям гореть до конца, а сосуду треснуть». Увидев длительное горение дуги между параллельными стержнями, изобретатель воскликнул, об­ращаясь к своему коллеге: «Смотри, и регулятора никакого не нужно».

Изобретение было важным, но гениально простым: чтобы изба­виться от дорогах регуляторов нужно просто повернуть угли из встречного положения в параллельное. Необходимо было несколь­ко дней, чтобы технически доработать изобретение. Но П. Н. Яб­лочков всю жизнь был плохим предпринимателем; его московская мастерская потерпела финансовый крах и ему угрожала долговая тюрьма. Спасая свое изобретение, он срочно переехал в Париж.

В Париже Яблочков познакомил со своей идеей крупного уче­ного и владельца завода по производству точных приборов Бреге, и уже 23 марта 1876 г. он получил патент на ставшую знаменитой «электрическую свечу».

Внешний вид электрической свечи показан на рис. 5.2, где видно, что в держателе с токоподводами укреплялись два парал­лельных угольных стержня, отделенных один от другого слоем ка­олина. В верхней части лампы была тонкая проводящая перемычка — запал, когда включали лампу перемычка сгорала, на ее месте возникала дуга и угли выгорали, уменьшаясь в разме­рах как стеариновая свеча.

П. Н. Яблочков стал очень из­вестным человеком, в знак при­знания его работ появилось выражение «русский свет>>. В том же 1876 г. он организовал компа­нию по производству систем освещения, в которой вел ра­боту в качестве технического руководителя. Первой опера­цией компании было освеще­ние универсального магазина «Лувр» в Париже, затем иппод­рома и, пожалуй, самое эффект­ное — освещение улицы Оперы. Изобретатель теперь стал бога­тым человеком. Его изобретение совершало триумфальное шест­вие по всему миру: за Парижем последовало освещение моста Ватерлоо в Лондоне, Гаварской гавани, казарм и кораблей в Кронштадте, Большого театра в Петербурге.

Для внедрения своей системы в Петербурге Яблочков уехал из Парижа, уплатив компании все сбережения за право эксплуата­ции своих изобретений в России. Но деятельность новой компании оказалась неуспешной, да и время триумфа электрической свечи быстро кончилось, появились более удобные лампы накаливания. Яблочков пережил большие лишения, сопровождавшиеся мораль­ными переживаниями, и умер у себя на родине, в Саратове, в воз­расте всего 47 лет, оставив семью без средств.

Но вернемся снова к изобретениям Яблочкова. Одна электриче­ская свеча могла гореть около 2 часов; при установке нескольких свечей в специальном фонаре, оборудованном переключателем Для включения очередной свечи можно было обеспечить беспере­бойное освещение в течение более длительного времени.

Изобретение электрической свечи способствовало внедрению в практику переменного тока. Электрическая техника предшествующего периода базировалась исключительно на постоянном токе (телеграфия, гальванотехника, минное дело). Дуговые электриче­ские лампы с регуляторами также питались постоянным током. При этом положительный электрод сгорал быстрее отрицательно, го, поэтому его приходилось брать большего диаметра.

П. Н. Яблочков установил, что для питания свечи лучше приме­нять переменный ток, в этом случае при электродах одинакового диаметра получалась вполне устойчивая дуга. В связи с тем, что осветительные установки по системе Яблочкова стали подключать к источникам переменного тока, заметно возрос спрос на генераторы переменного тока, которые раньше не находили практического при­менения. О значении электрической свечи в расширении производ­ства электрических генераторов переменного тока можно судить по следующему примеру: если до появления электрической свечи завод Грамма выпускал в течение 1870—1875 гг. по несколько десятков машин в год, то за 1876 г. выпуск генераторов возрос почти до 1000 шт. Заводы изготовляли электрические генераторы, специально прея- назначенные для установок электрического освещения и даже мощ­ность машин обозначалась по числу питаемых электрических свечей (например, «шестисвечная машина»).

Значительному развитию электротехники способствовала так­же и разработка Яблочковым нескольких весьма эффективных си­стем «дробления электрической энергии», обеспечивавших возможность включения в цепь, питаемую одним генератором, не­скольких дуговых ламп.

Среди способов «дробления», предложенных Яблочковым, два получили практическое применение: секционирование обмотки якоря генератора (в результате получилось несколько независи­мых цеп^й, в которые включались свечи) и применение индукци­онных катушек (рис. 5.3). Первичные обмотки катушек включались последовательно в цепь, а во вторичную обмотку в за­висимости от ее параметров могли подключаться одна, две и более свечей. Если первичная цепь питалась постоянным током, то пре­дусматривалось включение в нее специального прерывателя для наведения ЭДС во вторичных обмотках катушек.

Из рис. 5.3 видно, что Яблочков использует индукционную ка­тушку в качестве трансформатора. Схема интересна и тем, что в ней впервые получила свое оформление электрическая сеть с ее основными элементами: первичный двигатель — генератор — ли­лия передачи — трансформатор — приемник.

Но значение электрической свечи этим не исчерпывается. Изобретение дешевого приемника электрической энергии, до­ступного для широкого потребителя, потребовало решения еше одной важнейшей электротехнической проблемы — централи­зации производства электрической энер­гии и ее распределении. Яблочков первым указал на то, что электрическая энергия должна распределяться подобно тому, как доставляются к потребителям газ и вода. 

Дальнейший прогресс электрического освещения был связан с изобретением лам­пы накаливания, которая оказалась более удобным источником света, имеющим луч­шие экономические и световые показатели.

Самая ранняя по времени лампа накали­вания построена англичанином Деларю еще в 1809 г. (рис. 5.4). В этой лампе нака­ливалась платиновая спираль, находящегося в стеклянной трубке. Следующий шаг сделан в 1838 г., когда бельгиец Жобар стал накаливать угольные стержни в разреженном пространстве. Эта лампа была, конечно, дешевле, но срок ее службы был незначительным.

После 1840 г. предлагались многочисленные конструкции ламп накаливания: с телом накала из платины, иридия, угля или гра­фита и т.д. В 1854 г. по улицам Нью-Йорка разъезжал немецкий эмигрант Гебель на повозке которого находились подзорная труба и лампа на­каливания. Последняя служила для привлечения публики, которая приглашалась взглянуть через подзорную трубу на кольца Сатурна. Замечательным было то, что источником света в лампе Гебеля слу­жило обугленное бамбуковое волокно. Нить была помешена в верх­нюю часть закрытой барометрической трубки, т.е. в разреженное пространство. Медные проводники подходили к нити накала сквозь. стекло. Лампа Гебеля могла гореть в течение нескольких часов.

В 1860 г. изобретатель Сван (Англия) впервые применил для лампы накаливания обугленные полоски толстой бумаги или бри­стольского картона, накалявшиеся в вакууме.

В 1860 г. изобретатель Сван (Англия) впервые применил для лампы накаливания обугленные полоски толстой бумаги или бри­стольского картона, накалявшиеся в вакууме.

В 1870—1875 гг. развернулись работы русского отставного офи­цера Александра Николаевича Ло­дыгина (1847—1923). Он решил построить летательный аппарат тяжелее воздуха, приводящийся в движение электричеством ("электролет"). Вполне естественно, что освещаться этот аппарат должен был электричеством. Дуговая лам­па по разным соображениям не по­дошла, и А. Н. Лодыгин стал конструировать лампу накалива­ния с тонким угольным стержень­ком, заключенным в стеклянном баллоне (рис. 5.5). Стремясь уве­личить время горения, Лодыгин предложил устанавливать несколько угольных стерженьков, рас­положенных так, чтобы при сгорании одного автоматически вклю­чался следующий.

Первая публичная демонстрация ламп Лодыгина состоялась а 1870 г., а в 1874 г. он получил русскую привилегию (авторское издательство) на свою лампу. Затем он запатентовал свое изобре­тение в нескольких странах Западной Европы. Постепенно он усо­вершенствовал лампы. Если первые лампы работал» 30- 40 мин, то со временем, когда он применил вакуумные колбы, срок служ­бы увеличился до нескольких сотен часов. За изобретение лампы накаливания А. Н. Лодыгин был удостоен Ломоносовской премии Петербургской Академии наук.

Лодыгин, как и Яблочков, тоже был плохим предпринимате­лем, организовал товарищество для эксплуатации своего изобре­тения, оно увлеклось коммерческими операциями и развалилось, Лодыгин уехал во Францию искать более удачного места для своей работы. Он возвращался потом в Россию, снова уезжал. Предло­жил в 90-х годах в качестве тела накала в лампах вольфрамовую нить, и новые лампы Лодыгина демонстрировались на Парижской выставке 1900 г. В 1916 г. он уехал в США, где и умер в 1923 г.

Больше всего известности, почестей и сланы в связи с электри­ческой лампой выпало на долю Эдисона. Но Эдисон не изобрел лампу. Он сделал нечто большее: Эдисон разработал во всех дета­лях систему электрического освещения н систему централизован­ного электроснабжения.

В 1879 г. Эдисон заинтересовался проблемой электрического ос­вещения. Выходец из достаточно обеспеченной семьи голландских эмигрантов, будущий великий изобретатель не получил даже на­чального официального образования: через несколько месяцев занятий в школе он был признан ограниченным и неспособным учеником. Дальнейшим образованием он обязан своей матери, пе­дагогу по профессии, и самостоятельным занятиям. С 12-летнего возраста он, как в свое время Фарадей, стал самостоятельно зара­батывать, продавая газеты и журналы. Некоторое время спустя он стал телеграфистом. К 1879 г. он был уже известен как изобретатель автоматического счетчика голосов, как автор усовершенство­ваний в области многократной телеграфии и в конструкции телефонного аппарата Белла, как изобретатель фонографа.

Есть достаточно убедительные сведения о том, что Эдисон хорошо знал изобретения своих предшественников в области электрического освещения накаливанием, в том числе и работу А. Н. Лодыгина. Он находился также под впечатлением успехов «электрической свечи» Яблочкова. Впрочем, сам Эдисон любил по- вторять, что всегда, когда он хотел сделать что-то новое, он тщатель­но изучал все, что было сделано по данному предмету до него, к этому времени Эдисон имел уже прекрасную лабораторию в Менло- Парке (США) и способных помощников. Его эмиссары разъехались по всему миру в поисках наиболее подходящего растительного во­локнистого материала для изготовления угольных нитей.

Эдисон сразу поставил перед собой две задачи: лампа должна создавать умеренную освещенность; каждая лампа должна гореть совершенно независимо от других. Так он пришел к выводу о не­обходимости иметь нить высокого сопротивления, что позволит включать лампы параллельно (а не последовательно, как до этого поступали с любыми электрическими лампами).

12 апреля 1879 г. Эдисон получил первый патент на лампу с пла­тиновой спиралью высокого сопротивления, а затем — на лампы с угольными нитями (27 января 1980 г.). Эдисон разработал систему откачки бал­лонов, технологию крепления вводов и угольной нити. 1 января 1880 г. Эдисон устроил публичную демонстрацию в Менло-Парке.

Для того чтобы система освещения стала коммерческой, Эдисон должен был придумать множество устройств и элементов: цоколь и патрон (рис. 5.6), поворотный выключатель, плавкие пре­дохранители, изолированные провода, крепящиеся на роликах, счетчик элект­рической энергии и, в заключение, по­строил в 1882 г; в Нью-Йорке на Пирльстрит первую центральную электростанцию. Эдисон превратил электрическую энергию в товар, продаваемый всем желающим, а электрическую установку— в систему централизованного электроснабжения. Это 6ь1Л первый в истории электротехники пример комплексного ре­шения крупной проблемы, оказавший огромное влияние на развитие материальной и общей культуры человечества. В 1889 г. на Международной выставке в Париже чествовали двух самых зна­менитых инженеров века — Эйфеля и Эдисона. В кафе на Эйфелевой башне был дан торжественный обед, на котором 71-летний композитор Шарль Гуно исполнил специально сочиненную тор­жественную кантату (собственноручно написанный экземпляр ее он преподнес жене и дочери Эдисона).

Уже в 80-е годы начинается быстрое развитие электрического освещения, все более расширяющееся массовое производство ламп накаливания, вызвавшее дальнейшее развитие электромашиност­роительной промышленности, электроприборостроения, электро­изоляционной техники и совершенствование способов производства и распределения электрической энергии.

Расширение области практического применения электро­энергии потребовало разработки электроизоляционных матери­алов. К 70-м годам XIX в. закладываются основы новых отраслей техники — кабельной и электроизоляционной. На­чальный период развития кабельной техники тесно связан с ра­ботами по минной электротехнике и электромагнитному телеграфу. Первый подводный электрический кабель (Шил­линг, 1812 г.) представлял собой тонкую проволоку, покрытую двумя слоями изоляции (шелком и пенькой), причем первый слой (шелк) пропитывался специальным смолистым составом, на который затем навивалась пенька, а потом все снова пропи­тывалось тем же составом.

Первые подземные телеграфные кабели (Шиллинг, Якоби и яр ) изготавливались так же, провода изолировались одним или двумя слоями хлопчатобумажной пряжи с последующей пропит­кой ее специальными составами (например, из воска, сала и кани­фоли). Защитной оболочкой служили стеклянные трубки, Уединенные резиновыми муфтами, или стальные гильзы; в от­ельных случаях стеклянные трубки закладывались в деревянные желоба (при подземной прокладке).

В начале 40-х годов XIX в. создаются специальные машины Для обвивки проводов пряжей, в качестве изоляционных материалов начинают применяться резина и гуттаперча. В 1848 г, ). Сименс изобрел пресс для бесшовного наложения на мед. ную жилу резиновой и гуттаперчевой изоляции. Каучук был известен уже давно, но изменение свойств при незначитель­ных колебаниях температуры препятствовало применению его для изоляции. Только после внедрения вулканизации (Гудьир, 1839 г.) резина стала распространенным электроизо­ляционным материалом. В начале 50-х годов впервые был получен эбонит, используемый при изготовлении различных электрических приборов и устройств. Для воздушных линий связи и первых электропередач применяли изоляторы из стекла и фарфора.

Существенную роль в улучшении качества изоляции сыграло создание свинцового пресса (1879 г.), с помощью которого изоли­рованный провод покрывался бесшовной свинцовой оболочкой. В 90-х годах все большее применение для силовых кабелей начинает получать многослойная пропитанная маслом бумажная изоляция.

 



ремонт стиральных машин на дому Самара, lg ardo.