Техніка трифазного струму: 120 років від першого тріумфу

Багато хто з істориків уважає, що саме з виставки 1891 року у Франкфурті-на-Майні почалася широка електрифікація.

Хто б там що не казав, але прагматичні європейці насправді завжди були романтиками. Навіть у ХІХ столітті, яке називають ерою пари та електрики, вони намагалися всіляко прикрашати своє життя. Недарма на промислових виставках найновіших досягнень науки і техніки найбільшу увагу публіки привертали  експонати, які наслідували природу. Тобто спочатку було захоплення майстерністю імітації і лише потім – способом, яким досягався бажаний ефект. Тому не дивно, що серед відвідувачів Міжнародної Франкфуртської електротехнічної виставки 1891 року справжній ажіотаж викликав величезний штучний водоспад. Насос, який працював від потужного електричного двигуна, подавав воду аж на 10 м угору, а звідти вона під захоплені вигуки натовпу  кришталевими бризками спадала в прикрашене камінням і лататтям річище.

Проте фахівці, яких також було чимало на виставці, здебільшого дивилися­ не на водоспад, а на обладнання, що невтомно качало воду. По-перше, ніде поруч не було електростанції, яка б живила двигун насоса, а по-друге, дивувалися потужності та надійності цього двигуна. А коли відвідувачі дізнавалися, що електроенергія постачається проводами з гідростанції, розташованої на березі річки Неккар в містечку Лауфен, що в 175 км від Франкфурта-на-Майні, захопленню не було меж.

Так 120 років тому на виставці у Німеччині уперше були продемонстровані можливості трифазного асинхронного двигуна та переваги трифазних систем змінного струму перед іншими, особливо щодо передачі електроенергії на великі відстані.

Хоча спроб передачі електроенергії на значні відстані­ вживали і раніше. Найвдаліша з них — передача електро­струму телеграфною лінією Крейль – Париж довжиною 56 км, підготовлена і проведена відомим фізиком Марселем Депре у 1885 році. Французький експериментатор працював із постійним струмом найвищої, яку тільки йому вдалося досягти, напруги — 6000 вольтів. Дослід цей уважався загалом удалим, проте коефіцієнт корисної дії передачі не перевищував 50%. Дехто з електротехніків запевняв, що такий ККД — гранично можливий. Окрім того, з постійним струмом споживачам працювати дуже незручно, насамперед тому, що його не можна трансфор­мувати.

Виникла суперечність: для зменшення втрат під час передачі слід було якомога більше підвищувати напругу, але використати отриману енергію безпосередньо споживач не міг, оскільки послідовне підключення обладнання, що мало живитися цим струмом, найчастіше було дуже  незручним.  Залишалося переходити на змінний струм.

Використовувати його для практичних потреб почав ще у 70-ті роки ХІХ століття винахідник «електричної свічки» відомий російський фізик Павло Яблочков. Однак далі живлення освітлювальних приладів він не пішов. Докладніше вивчав можливості змінного струму видатний електротехнік сербського походження Нікола Тесла.  Він експериментував із різноманітними багатофазними схемами та електричними  машинами, але найзручнішими для використання вважав двофазні. Саме за такою схемою було побудовано­ найпотужнішу на ті часи ­гідроелектростанцію на Ніа­­гарі в США та кілька станцій у Європі. Однак невдовзі після того, як було доведено, що більш придатним для промислових та інших потреб є трифазний струм, вони були  переобладнані. Найбільше посприяли цьому дослідження, винаходи і розробки видатного інженера Михайла Осиповича Доліво-Добровольського.

У радянській і сучас­ній­­­­­­­ російській літературі М.Доліво-Добровольського найчастіше називають російським електротехніком.­ Це не зовсім так. Він дійсно народився неподалік ­Петер­­бурга у містечку Гатчина в 1862 році, але був радше російсько-німецьким інженером. Річ у тім, що свого часу Російська імперія через участь студента Ризького політехнічного інституту Михайла Доліво-Добровольського в студентських заворушеннях відмовила йому в праві здобути вищу технічну освіту,­ і він змушений був виїхати­­ за кордон. У Німеччині він закінчив Дармштадське вище технічне училище й залишився там для викладацької діяльності. У 1887 році його запросили на роботу до берлінської фірми  AEG (Allgemeine Elektricitats-Geselschaft), яка стрімко розвивалася, і тут він працював усе своє життя – спочатку на посаді шеф-електрика, згодом – технічного директора.

У 1889 році М. Доліво-Добровольський подав патентну заявку на асинхронний трифазний електричний двигун із короткозамк­нутим ротором у вигляді «білячої клітки», завдяки якому швидко став відомим  фахівцям-електротехнікам усього світу. Потім один за одним він отримав патенти на трифазні трансформатори, генератори й двигуни, причому запропоновані ним схеми трансформації трифазної напруги й сьогодні використовуються без якихось принципових доповнень, як, утім, і асинхронні двигуни. Таким чином, саме М.Доліво-Добровольський є автором теоретичної розробки і принципів практичної реалізації всіх основних складових трифазної системи змінного струму.

Повертаючись до Франкфуртської виставки 1891 року та її експонатів, ­пред­­ставлених інженером М.Доліво-­Добровольським, зауважимо, що він провів ще дві серії­ дослідів із передачі електроструму від гідростанції на річці Неккар. Напруга підвищувалася до 14600  і 28300 вольтів. У Франкфурті за допомогою трансформаторів її зменшували до 65 вольтів, і цим струмом окрім згаданого насосу для водоспаду живилися ще й інші двигуни та освітлювальні лампи. Коефіцієнт корисної дії в нормальному режимі роботи з напругою  8500 вольтів становив 75%, а під час підвищення напруги сягнув 79%. Ніщо не могло переконливіше довести переваги трифазної схеми передачі електроенергії над усіма іншими.

…Після тріумфу у Франк­фурті-на-Майні Михайло Осипович Доліво-Добро­вольський знов активно займався електротехнікою. Надзвичайну цікавість викликала його доповідь «Сучасний розвиток техніки трифазного струму» на Першому Всеросійському­ з’їзді в січні 1900 року. Йому навіть запропонували обійняти посаду декана електромеханічного відділення щойно відкритого Петербурзького політехнічного інституту. ­Однак договірні зобов’язан­ня Доліво-Доброволь­сь­кого перед фірмою AEG не дозволили йому пристати на пропозицію. Невдовзі загострилася хвороба серця, яку він мав із дитинства, і його технічна творчість перервалася на шість довгих років. Повернувся на фірму в 1909 році, а в 1914-му  після початку Першої світової війни переїхав із Німеччини до Швейцарії. Лише в 1918 році він повернувся  до Берліна, де мав намір знов стати до роботи на фірмі, але загострилася стара хвороба, і в листопаді 1919 року він пішов із життя.

Німецького громадянства­ Михайло Доліво-Добро­воль­ський так і не прийняв…