 |
Доливо-Добровольский М.О. Современное развитие техники трехфазного тока
(Настоящий доклад прочитан на I Всероссийском Электротехническом Съезде, в общем собрании 28 декабря 1899 г. В сентябре 1891 г. М.О. Доливо- Добровольский (Берлин) сделал доклад на Международном электротехническом конгрессе во Франкфурте-на-Майне "Электрическая передача работы посредством токов переменного напряжения", однако "Электричество" не удосужилось достать его и напечатать на своих страницах. Примеч. М.И. Классона) Электрическая выставка 1891 г. в Франкфурте на Майне была, главным образом, тем важна в истории электротехники, что на ней в первый раз выступил публично, как новая система, так называемый трехфазный ток . (Для сокращения будем впредь называть слово "трехфазный" - тр.-ф. , а "постоянный" " п. " - Примеч. М.О. Доливо-Добровольского)
Несмотря на то, что вращающееся магнитное поле было открыто профессором Феррарисом за 5-6 лет до того и имело в свою очередь предвестников (см. работы Депре, Бейлэя и др.), несмотря на то, что опыты Н. Тесла, а также и мои существовали уже года за два до этой выставки, все же год этой выставки (1891) должно считать, так сказать, годом рождения тр.-ф. тока.
Техника не заботится много о лабораторных опытах, мало интересуется теоретическими размышлениями и "возможностями", она приветствует открытия лишь тогда, когда ей покажут, что из них можно кое-что "сделать", покажут хотя бы и в не законченной, но, по крайней мере, в сколько-нибудь "практической" форме. В 1891 году были показаны первые "действительные" тр.-ф. двигатели, которые уже тогда имели все те характерные особенности, как и теперь, когда техника тр.-ф. тока завоевала себе выдающееся положение. Уже тогда можно было видеть двигатели с "замкнутым" якорем (без щеток) при малых размерах и большие двигатели, у которых индуктированный ток якоря при пускании в ход замыкали постепенно при помощи реостатов. На той же выставке было демонстрировано передачей из Лауфена в Франкфурт главное достоинство тр.-ф. тока, а именно его применимость для передачи энергии на большие расстояния, при высоких напряжениях с трансформаторами. Точно так же уже тогда были показаны "вращающиеся трансформаторы" для преобразования тр.- ф. тока в постоянный с одною общею обмоткой якоря. Конструкция двигателей и трансформаторов, как упомянуто, была уже тогда совершенно та же, что и теперь; все успехи новейшего времени касаются лишь деталей и, главным образом, расчета и соразмерности отдельных частей.
Хотя вскоре после этой выставки, отчасти же еще и во время ее, появилось много нападок на новую систему, - но это было явлением вполне нормальным: как и при всех нововведениях, одни заступались за дорогую им старину, другие же отрицали заслуги пионеров, которые будто бы ничего в сущности нового не сделали. Из борцов против тр.-ф. тока наиболее выдавались тогда Свинбурн в Англии, Дери в Австрии и Броун в Швейцарии. Первый придавал чересчур важное значение "сдвигу фазы" и полагал, что оно должно быть настолько значительным, что как развитие тока, так и передача его не смогут быть экономичными. Последний (Броун), несмотря на свое сотрудничество со мной вначале, боролся в целом ряде статей против 3-х проводов и против двигателей со щетками, предвещая успех однофазному переменному току. Нельзя отрицать, что авторитет, которым пользовались противники, значительно замедлил первые применения новой системы. Лишь позже, когда положенные начала постепенно все-таки завоевали себе место, замолкли столь же постепенно и критики. Противники стали союзниками, и кто восставал против контактных колец и 3-х проводов, стал сам ими пользоваться. Вследствие этого увеличения числа сотрудников новая ветвь электротехники стала быстрее развиваться и переросла скоро прочие. Весьма трудно доставать точные статистические данные о производстве машин и установок различными фирмами, но, несмотря на это, все-таки можно утверждать, что из всех строящихся электрических машин и двигателей в Германии, Австрии, Швейцарии, Бельгии, Франции и Америке более половины принадлежат к системе тр.-ф. тока.
Что же касается до установок, то, если исключить установки электрических дорог, почти все прочие новейшие большие станции строятся по тр.-ф. системе. После этого краткого исторического предисловия я перейду теперь к сущности моего доклада, а именно к описанию того, что тр.-ф. техника в состоянии выполнить, к чему эта система пригодна и какой вид представляют теперешние тр.-ф. установки. Мы получим тогда более ясное представление о том положении, которое эта система себе завоевала в промышленности вообще и в современном новейшем развитии электротехники в частно-сти. Применения тр.-ф. тока основываются, главным образом, на двух свойствах его, которые эксплуатируются не только в совокупности, но и порознь. Это:
1) экономичная передача на большие расстояния и
2) превосходные качества двигателей.
Прежде чем перейти к применениям тр.-ф. тока, мы должны сперва остановиться некоторое время на более подробном рассмотрении вышеуказанных двух преимуществ этой системы и проследить с этой целью главные составные части тр.ф. установок, как то: динамомашины, провода, трансформаторы и двигатели в их последнем развитии.
Динамомашины Тр.-ф. динамо представляет собою самый естественный и простейший электромеханический генератор. Наши, давно известные, динамо п. тока, в сущности, не что иное как машины с очень большим числом фаз переменного тока, которые постепенно выправляются особым приспособлением, называемым коллектором. Выпустив этот последний и ограничиваясь малым числом фаз, а именно тремя, мы получаем тр.-ф. динамомашину. Отсутствие коллектора позволяет значительно упростить конструкцию машины и в остальном; так, например, можно перевести индуктируемые катушки на неподвижную часть машины и вращать одни магниты. Вследствие этой неподвижности индуктируемых катушек их можно несравненно лучше изолировать, что дает возможность употребления даже очень высоких напряжений. С другой стороны, простота устройства магнитов допускает значительно увеличить линейную скорость сравнительно с обыкновенно применяемыми скоростями при машинах п. тока.
Освобождаясь от коллектора, мы избавляемся и от ухода за машиной, что особенно важно, так как дает возможность употреблять высокие напряжения без опасности для служащих на станции и соединять динамо с ее двигателем без всяких стеснений так, как это желательно в механическом отношении. Вследствие того, что тр.-ф. машины имеют не более 2-х маленьких, гладких контактных колец (для введения возбуждающего тока), то исчезает и надобность в шлифовке коллектора, которая, образуя много медной пыли, ухудшает изоляцию окружающих приборов и аппаратов. Сколько приходится жертвовать в отношении утилизации материала при расчете ма-шин п. тока ? только для достижения тех пропорций и размеров, которые гарантируют ход без искрообразования! Так как это последнее условие при тр.-ф. токе исчезает, то является возможность строить динамо гораздо проще, прочнее и более способною выносить без вреда перегрузки. По той же причине можно достичь несравненно высших коэффициентов полезного действия.
Я бы зашел чересчур далеко, если бы стал исчислять Вам все выгоды и преимущества тр.-ф. генераторов, тем более что, смотря по цели и назначению, можно при расчете машины развить преимущественно те или другие свойства ее. Так, например, вряд ли найдется более прочный и надежный электрический генератор, чем тр.-ф. машина низкого напряжения (200 вольт) с обмоткой из медных стержней. По отношению к экономичности такие машины стоят во главе всех генераторов, так как даже и при не очень крупных размерах, как например 500 л.с., легко достигается полный коэффициент полезного действия около 95%. Что касается напряжений, которых можно достичь непосредственно при тр.-ф. машинах, то сообразуясь, конечно, с размерами последних, вряд ли можно поставить предел. Так, например, в настоящее время есть машины, работающие с напряжением в 15 000 вольт, а A.E.G. построила, правда лишь в видах пробы и испытания, динамо, которая прекрасно развивала до 24 000 вольт. Вопрос о том, лучше ли развивать подобные напряжения непосредственно в машинах или же при помощи трансформаторов, основывается вовсе не на возможности снабжать генераторы такой высокой степенью изоляции, а на совершенно других причинах, например на безопасности и надежности распределительных щитов и приборов. Когда наступит время, что мы в состоянии будем строить действительно практичные распределительные щиты и приборы для напряжений в 20 000 вольт, - то за генераторами дело не станет.
Относительно теперешней конструкции или системы тр.-ф. машин можно сказать, что, по-видимому, преобладает стремление строить динамомашины с вращающимися и отдельно обмотанными магнитными полюсами, тогда как динамомашины с совершенно неподвижными обмотками, как и вообще с одной общей магнитной катушкой, сходят по-немногу со сцены. Выгода неподвижных магнитных катушек практически не особенно велика и, во всяком случае, значительно перевешивается громадными затруднениями и потерей времени при починке больших машин: несмотря на неподвижность центральной катушки с ней все же может иногда что-нибудь случиться. Точно так же и вес подобных машин, их полезное действие и падение потенциала при нагрузке значительно невыгоднее, чем при машинах с отдельными полюсами. Наконец, недостатки этого типа, происходящие от магнитной утечки, которые нельзя устранить даже и чрезвычайным уменьшением воздушного промежутка, часто дают повод к жалобам, особенно при непосредственном соединении с паровыми машинами (например, намагничивание оси регулятора). A.E.G., которая некоторое время строила машины с неподвижными обмотками, теперь перестала их строить окончательно уже года два.
Некоторые точки зрения при конструировании машин оказались особенно важными на основании опыта последних лет, так, например: величина падения потенциала при на-грузке и, в известных случаях, "форма кривой" тока (вернее, форма отдельных переменных токов). В большинстве случаев при применении тр.-ф. тока в цепи имеются двигатели. Всем, конечно, известно, что все "индукционные двигатели" производят некоторый сдвиг между фазой тока и фазой соответствующего напряжения, так что произведение из числа ампер на число вольт отличается от числа действительно развитых (или поглощенных) ватт энергии. Этот коэффициент принято выражать через cos . .
Еще в 1891 г. на международном электротехническом конгрессе я показал преимущества метода представления каждого переменного тока, как разложенного на 2 слагаемые таким образом, что "рабочая" совпадает в фазе с напряжением, а "безваттная" или "ленивая" слагаемая сдвинута относительно ее на 90 градусов. Я полагаю, что это разложение токов на слагаемые более или менее всем известно; точно так же Вам известно, что эти слагаемые тока оказывают различную реакцию или противодействие на магнитное поле генераторов. Отсюда следует, что падение напряжения при нагрузке переменных, а следовательно и тр.-ф. машин, тем заметнее, чем больше сдвиг фаз, и что поэтому напряжение динамо более подвержено колебаниям при работе на индукционные двигатели, чем на лампы. Если прибавить к этому явлению еще и те, часто очень резкие, перемены нагрузки, которые неизбежны при распределениях с двигателями, то легко догадаться, что удовлетворительного хода станций можно только тогда ожидать, если динамомашины так построены, что их напряжение лишь мало зависит от величины и рода нагрузки. В настоящее время это падение потенциала вполне зависит от конструктора, который применяя известные соотношения в размерах динамомашин, может уменьшить это падение до весьма небольшой величины. Правда, что динамомашины с малой реакцией сравнительно более грузны и обладают сравнительно большим весом и, следовательно, дороги. Очевидно, что и здесь не следует вдаваться в крайности. Так, в последнее время падение считается вполне удовлетворительным, если, при неизменных скорости и возбуждении, между ходом "впустую" и с полной нагрузкой напряжение меняется на 6-7 процентов при cos . = 1 (калильные лампы) и на 25-30% при cos . равном почти нулю (двигатели работают "впустую"). Но для специальных случаев можно устроить большее или меньшее падение, так, например, весьма полезно увеличить его при работе на карбидные печи, чтобы защитить динамо от частых перегрузок, происходящих от коротких замыканий. Для карбидного генератора достаточно, если он при коротком замыкании разовьет ток в 2-2.5 раза сильнее нормального.
Что касается формы кривой токов, то об этом предмете было уже много споров, но, по большей части, в среде людей без практической опытности, и где мнения выводились из чисто теоретических заключений. Форма кривой должна, для общей практики, возможно ближе подходить к синусоиде. Это условие абсолютно необходимо строго выполнить при работе с высокими напряжениями на кабели, в прочих же случаях эта кривая потому желательна, что она представляет собою компромисс между прочими, часто друг другу противоречащими, требованиями. Надо, между прочим, заметить, что гораздо легче получить бесшумный ход машин, дуговых фонарей, счетчиков и других приборов, если кривая близка к синусоиде. Если бы все конструкторы условились исключительно на этой кривой, то легче было бы производить сравнения различных приборов, а то, например, одни фонари хорошо действуют от какой-нибудь станции, тогда как фонари другой фирмы отказываются служить или плохо горят только потому, что они урегулированы при питании током от другой машины. При высоких напряжениях, когда в цепи есть электростатическая емкость (кабели), может легко случиться, что при несинусоидальной кривой явления так называемого резонанса смогут остановить правильный ход всей станции. Подобное явление, которое мне пришлось раз наблюдать и "приводить в порядок", случилось на одной большой станции*: резонанс "высших гармоничных членов" увеличивал силу тока в кабелях примерно втрое при неизменном напряжении, как только выключали один или два из многих выходящих со станции кабелей (фидеров). Это явление наступало лишь тогда, когда ток развивали помощью динамомашин, поставленных одной иностранной фирмой, тогда как резонанса абсолютно нельзя было произвести даже в слабой степени, если источником служили тр.-ф. машины A.E.G. Причиной было именно то, что вышеозначенная машина развивала ток плоской формы, причем слагаемая тройной периодичности была сильно развита, тогда как машины фирмы A.E.G. были тщательно приспособлены к правильной синусоиде.
Упреку ненадежности и трудности параллельного соединения и хода машин переменного и тр.-ф. тока положен конец благодаря собранному материалу и опытности. В настоящее время доискались до причины тех колебаний или качаний, которые иногда препятствовали правильному параллельному ходу, и впредь можно с полной уверенностью гарантировать и ручаться за него. Благодаря применению так называемых "успокоителей" системы Леблана на полюсах машины параллельное соединение совершенно устойчиво даже со столь неравномерным ходом, как при газовых двигателях и непосредственно с ними соединенных динамо.
Провода
Относительно проводки при тр.-ф. токе мало можно сказать специального. В настоящее время общеизвестно, что при тр.-ф. токе требуется значительно меньше материала проводников, чем при простом переменном токе того же напряжения. На это сбережение на проводах я указал еще в 1891 году. Именно эта экономия много способствовала тому, что прежние нападки на тр.-ф. систему скоро замолкли. Длиннейшие теоретические рассуждения о том, что двух- или 4-х фазным током можно столь же хорошо передавать двигательную силу, должны были капитулировать, сдаться перед коммерческим преимуществом тр.-ф. системы с ее 25% сбережения в проводах. В настоящее время это преимущество всесторонне оценено, и двухфазные установки встречаются лишь редко, как бы только для доказательства неискоренимости человеческого упрямства. На общий упрек как для двух, так и для трех фаз, что наименьшее число проводников при системе тр.-ф. тока 3, тогда как п. и переменный токи обходятся двумя, мне, кажется, не стоит возражать. Уже с п. током мы привыкли к трехпроводной системе, благодаря ее частому применению. При переменных токах с большим числом ампер часто приходится делить провода на несколько параллельных, чтобы избежать потери потенциала вследствие самоиндукции. Так как при тр.-ф. токе с тем же напряжением амперы в каждом проводе меньше, чем при простом переменном, то часто приходится по этой причине брать для простого тока уже 4 провода там, где при тр.-ф. еще можно обойтись тремя! Таким образом, указанное различие в стоимости прокладки (монтировки) отступает на второй план в сравнении с выгодой в весе проволоки, особенно при передаче значительной электрической энергии.
Что касается предпочитаемого рода проводов, то надо констатировать, что теперь стремятся все более и более к употреблению подземных кабелей. Это объясняется отчасти большей безопасностью и надежностью кабелей в сравнении с воздушными проводами, отчасти же и успехами в их производстве. В настоящее время можно иметь по умеренной цене очень прочные кабели даже и для очень высоких напряжений, как, например, 15000 вольт. Опыт последнего времени показал непрактичность при высоких напряжениях прежде столь любимых концентрических кабелей, и теперь почти исключительно берут так называемые "скрученные"- v erseilt (нем.- скручивать, сбивать). Главными причинами этого были: несимметричность или большое неравенство статической емкости отдельных проводников концентрического кабеля и большие неудобства соединений и ответвлений. Если же брать "скрученные" кабели, то они гораздо лучше располагаются при 3-х нежели 2-х проводах, вследствие менее полной утилизации внутреннего пространства при последних. Кроме того, 25% выигрыша в сечении меди при тр.-ф. токе играют при кабелях еще большую роль, чем при других системах прокладки. Одна из главных забот при производстве кабелей - это достижение возможно меньшей емкости, чтобы уменьшить, вместе с тем, при обширных цепях шансы разных опасных повышений потенциала и электрических колебаний высокой периодичности.
Я с удовольствием могу Вам сообщить, что во многих установках, несмотря на более чем стоверстную длину проложенных кабелей в каждой, даже при 6000 вольт удалось совершенно победить все затруднения, происходящие от емкости. Поэтому теперь общее мнение специалистов, что хорошо проложенная кабельная цепь представляет гораздо более залога безостановочного действия, чем воздушная проводка. Необходимая принадлежность при кабелях с высокими напряжениями - это предохранители, называемые "искромерами", в соединении с неиндуктивными сопротивлениями; последние умеряют силу тока при коротком замыкании, которое получилось бы в случае разряда в этих искромерах.
Против многих нарушений правильного хода действия при воздушных проводах нельзя оказать помощи, так как они обуславливаются самой природой этих проводов. Тем не менее, в последнее время удалось значительно обезопасить установки против атмосферных разрядов благодаря нашему лучшему знакомству с фактом их высокой периодичности. При новейших громоотводах всегда включают индуктивные катушки в ту цепь, которую хотят защитить, и, наоборот, стараются избежать насколько возможно изгибов (самоиндукция!) в проводе[, идущем от громоотвода] к земле.
Трансформаторы Трансформаторы, как известно, играют важную роль при передаче на большие расстояния. По отношению к этим приборам и их последнему развитию можно сказать мало нового, так как они уже довольно давно достигли весьма высокой степени совершенства. Тр.-ф. трансформаторы не отличаются существенно от обыкновенных при переменных токах. Как известно, они состоят вместо двух из трех сердечников, так между собой соединенных, что получаются три магнитных сцепленных потока. Этот род конструкции был предложен мною еще в 1890 году, чтобы избежать необходимости брать 3 отдельных трансформатора для каждой из 3-х фаз, с большей суммой потерь от гистерезиса. Возражения против подобного расположения сердечников со стороны одного очень известного швейцарского конструктора, по-видимому, побеждены, так как после нескольких лет употребления отдельных и лишь рядом поставленных "обыкновенных" трансформаторов он теперь перешел к моей системе сцепленных магнитных потоков. В последнее время выдвинулся вопрос постройки трансформаторов гигантской величины для больших передач энергии. Так, например, у фирмы A.E.G. находится в работе для одной установки, которую я потом опишу, ряд тр.-ф. трансформаторов по 1300 киловатт каждый! При аппаратах подобного размера вопрос охлаждения играет чрезвычайную роль. В самом деле: мощность трансформатора растет быстрее, чем его линейные размеры и, следовательно, его наружная поверхность. Поэтому, несмотря на полезное действие в 98%, есть достаточно причин опасаться сильного перегревания. Этот вопрос решается, обыкновенно, искусственным охлаждением помощью струи воздуха или же циркуляцией масла. Фирма A.E.G., равно как и компания Вестингауз, опускают трансформаторы в большие резервуары с изолирующим маслом, причем наружные стенки последних состоят из волнистого железа. Таким образом, получается очень большая поверхность охлаждения и не требуется никаких движущихся приборов.
Электродвигатели.
Рассмотрев главные стадии новейшего развития техники тр.-ф. тока по отношению к его производству и передаче, мы дошли теперь до предмета, который, главным образом, придал значение этой системе, а именно до электродвигателей. Действительно, тр.-ф. ток обязан своим правом на существование электродвигателям, совершенно независимо от вопроса передачи на большие расстояния. Многие десятки тысяч лошадиных сил в тр.-ф. двигателях работают в настоящее время в промышленности прямо в соединении с генераторами низкого напряжения, причем, следовательно, специфическое свойство переменных токов (трансформация) совсем не затрагивается. Принцип, открытый Феррарисом, равно как и образ действия многофазных, и, специально, - тр.-ф., двигателей, надо предположить в настоящее время общеизвестными. Конструкция их теперь осталась, в главных чертах, такою же, какою она была показана мною в 1891 г. во Франкфурте, так как это было единственным расположением частей, способным сделать двигатель практически пригодным. Наоборот, конструкция Н.Тесла , с ее нерациональным расположением "отдельных" магнитных полюсов, причем на каждой была насажена большая катушка соответственной фазы, была одной из главных причин, почему первые успехи или, скажем вернее, действительное нарождение многофазной техники надо искать не в Америке, а в Европе. Американский многофазный ток до тех пор не подвинулся в развитии, пока тамошние техники не усвоили себе европейских представлений и методов и пока они не переняли сполна европейских форм и конструкций. На это, правда, потребовалось несколько лет. Надо, однако, отдать американцам справедливость, что они скоро нагнали потерянное и по отношению к применениям тр.-ф. тока стоят теперь в числе первых.
<...>Внешняя неподвижная часть двигателя (остов) имеет так называемую "первичную" или намагничивающую обмотку, тогда как в "якоре" (подвижная часть) протекают индукционные токи, почему эта часть не требует сообщения с внешней цепью. Простейшая форма якоря - это так называемый "замкнутый якорь" с обмоткой, напоминающей известное колесо для белок. Подобные якоря можно строить как из массивного, так и пластинчатого железа, во всяком случае, нет надобности изолировать медные стержни. Они представляют идеал простоты устройства и надежности действия. Расположение проводников в форме беличьего колеса употребляется, главным образом, при малых двигателях, примерно [лошадиных] сил до 15-20. При большей мощности поверхность охлаждения соединительных кругов, обыкновенно, оказывается недостаточною, и тогда такие якоря строятся с отдельными, на себя замкнутыми цепями, причем медные стержни соединяются попарно с помощью вилообразных медных пластинок. Эти последние, конечно, превосходно вентилируются при вращении. Подобные "замкнутые" якоря были построены фирмой A.E.G. даже для двигателей в 1000 сил и никогда не требовали починки. Замкнутый якорь представляет, при известных условиях, затруднения при пускании в ход. При больших отдельных передачах силы, когда генератор пускают и останавливают одновременно с находящимся вдали двигателем (иногда и несколькими), этот последний начинает вращаться совершенно спокойно и постепенно, без большой затраты тока, если только соблюсти условие, что генератор возбужден сполна перед пусканием в ход. Этот способ охотно применяют, например, при больших подземных водокачках в рудниках, где, обыкновенно, бывает лишь один большой двигатель, соединенный с насосом и получающий свой ток от специально для него одного предназначенной динамомашины на поверхности земли. В тех же случаях, когда двигатель питается от данных распределительных сетей, надо при пускании в ход замкнутых якорей иметь в виду значительно больший ток, чем при нормальной нагрузке и полном ходе.
С этим можно не считаться лишь при двигателях сравнительно незначительных размеров, обыкновенно, сил до пяти, реже до десяти. Наиболее выгодное (в смысле экономии тока) и плавное пускание в ход тр.- ф. двигателя производится введением сопротивлений (реостатов) во вторичную якорную обмотку. С этой целью якорь снабжается правильной обмоткой, подобной внешней намагничивающей. Эту вторичную обмотку делают на 2 или 3 фазы и концы ее приводят в сообщение с гладкими, изолированными от оси "контактными кольцами". Через посредство щеток, трущихся на этих кольцах, можно с помощью реостатов постепенно замыкать якорную обмотку на себя все с меньшим и меньшим сопротивлением, пока не получится совершенно короткого замыкания. При этом двигатель начинает вращаться совершенно спокойно и плавно, потребляя ничуть не более тока, чем это соответствует преодолению данного механического сопротивления, совершенно так же, как это бывает при п. токе. При подобных двигателях с "контактными кольцами" можно регулировать скорость в пределах от полной нормальной до нуля, как угодно, однако с потерей энергии в таком же отношении, как и при регулировании двигателей п. тока с помощью сопротивлений в цепи якоря. В последнее время придумано для якорей с контактными кольцами особое приспособление для короткого замыкания их, так что после того, как двигатель пущен в ход вышеописанным способом, якорь можно замкнуть на себя особой рукояткой, помимо контактных колец. Разумеется, что после этого уже нет надобности в щетках, и их можно приподнять с колец (второю рукояткой). Такой двигатель, после того как пушен, уже не имеет более никаких трущихся контактов и соединяет в себе, следовательно, преимущества обеих систем. Разумеется, что это приспособление стоит устраивать лишь для тех двигателей, которые не часто останавливаются и где минуты лишних при пускании в ход не имеют значения.
При двигателях средней величины можно еще иначе устроить. Например, наматывают на якорь две обмотки: первую с большим сопротивлением, которая позволяет двигателю легко начать вращение, и вторую - с малым. Эту вторую обмотку замыкают рукояткой лишь после того, как двигатель приблизился к нормальной скорости; благодаря своему малому сопротивлению эта обмотка позволяет двигателю выносить полную нагрузку без перегревания. Подобную комбинацию различные фирмы строят каждая по- своему. Кроме того, ее можно сделать и автоматически действующей, например, при посредстве маленького центробежного регулятора.
Смотря по величине генераторной станции, по сечению и длине проводов, мощности трансформатора и, наконец, смотря по условиям работы можно выбрать разные способы пускания двигателей. Во всяком случае, лежит вне задачи моего сегодняшнего доклада описывать всевозможные способы и правила для пускания и регулирования тр.-ф. двигателей. Каково бы ни было специальное устройство его, во всяком случае, тр.-ф. двигатель представляет собой машину необыкновенной надежности. Первичная обмотка, которая только одна включена во внешнюю сеть, неподвижна и, следовательно, может быть прекрасно изолирована. Она не нуждается ни в каких голых металлических частях кроме 3-х зажимов, да и эти, в случае надобности, можно закрыть. В этом отношении наш двигатель существенно отличается от двигателя п. тока, у которого, по меньшей мере, коллектор с его массой спаек, точно так же как и щетки, должны быть голыми, необмотанными. По этой именно причине и можно сделать изоляцию тр.-ф. двигателя гораздо тщательнее и непроницаемее. Несомненно, что это завело бы чересчур далеко, если бы каждый двигатель заливать и пропитывать лаком так, чтоб он мог без всякой опасности выносить обливания водой или, пожалуй, работать прямо в воде. Но, во всяком случае, такая изоляция мыслима и исполнима при тр.-ф. двигателе, и это дает понятие о выносливости и прочности этих двигателей при различных случайностях.
Мне известны из моей практики несколько случаев, где двигатели, соединенные с центробежными насосами, подчас обливались в значительной степени грязной водой и, продолжая дальше работать, высыхали. Двигатели без контактных колец можно, впрочем, легко устроить герметически закрытыми, особенно если повышение их температуры вследствие этой закупорки может быть уравновешено усиленным охлаждением снаружи или же уменьшением нагрузки. Тр.-ф. двигатели для [подъемных] кранов часто закрывают совершенно герметически, без потери мощности, так как беспрестанные перерывы работы достаточно предохраняют двигатель от перегревания. Но не только двигатели с замкнутым на себя якорем, но и такие, которые имеют контактные кольца, даже без приспособления к подыманию щеток, и прочны и безопасны, так как якорная обмотка не имеет никакого сообщения или связи с внешней цепью, кото-рая лишь одна может быть высокого напряжения. Якорную обмотку устраивают с совершенно произвольно выбранной электродвижущей силой, смотря по тому, как это для данного типа двигателя удобнее, целесообразнее и при коей легче достичь надежной изоляции. Необходимо добавить, что напряжения в якоре тр.-ф. двигателя существуют лишь при пускании в ход, тогда как потенциалы доходят до нуля при полной скорости. Насколько важно это различие между двигателями тр.-ф. и п. тока ясно для каждого, даже и для неспециалиста.
Вследствие простоты устройства тр.-ф. двигатели почти не подлежат изнашиванию: действительно, при двигателях, например, с замкнутым на себя якорем с течением времени нечему другому стереться как только подшипникам. Якори с контактными кольца-ми, но с описанным выше приспособлением для подъема щеток, принадлежат, очевидно, по отношению к износу вполне к типу с замкнутым якорем. Действительное изнашивание частей может наступить лишь у двигателей, которые, вследствие особенностей работы, должны всегда идти с наложенными щетками. Но и тут не может быть сравнения по сроку службы с двигателями п. тока. В самом деле, при гладких контактных кольцах достаточно самого ничтожного внимания, чтобы избежать каких бы то ни было искр, тогда как при коллекторах изнашивание всегда, главным образом, происходит от неизбежного, хотя бы и очень слабого, искрообразования, изнашивание же от трения само по себе ничтожно.
Весь уход за тр.-ф. двигателями сводится, таким образом, почти исключительно к смазке подшипников, что при так называемой "кольцевой смазке" требуется раз в 2-3 месяца. Поэтому эти двигатели особенно там неоценимы, где уход за ними труден, или там, где очень большое число мелких двигателей повело бы при п. токе к невозможному умножению числа мест, о которых надо заботиться. В самом деле, есть установки на фабриках, где число двигателей - несколько сот и даже до тысячи. При двигателях п. тока тут не справиться, так как пришлось бы держать 2000- 4000 щеток на минимуме искр.
Следующее важное качество тр.-ф. двигателей новейшей конструкции - это их способность выносить на короткое время очень значительные перегрузки. Правда, что шунтовой двигатель п. тока тоже в состоянии, по крайней мере, теоретически вынести нагрузку, в несколько раз превышающую нормальную. Но суть в том, что всякая значительная перегрузка оставляет свой след на коллекторе. Искрообразование при перегрузке скоро портит поверхность коллектора, а раз она уже не совсем гладкая, то двигатель начнет в скором времени искриться даже при обыкновенной нагрузке. В тр.-ф. двигателе нет этой чувствительной части; при перегрузке он лишь нагревается все выше и может даже перейти допустимую для него температуру. Если перегрузка длится недолго, так что двигатель за это время не успеет перегреться, то это обходится без малейшего вреда для него. При очень переменной нагрузке, например, при кранах, прокатных вальцах и т.п., можно поэтому всегда выбрать двигатель по "средней" величине нагрузки. При этом выигрывается не только в среднем полезном действии, но и, главным образом, в требуемом помещении и в стоимости. Надобность именно в подобном употреблении двигателей, при различной нагрузке, заставила лучших конструкторов стараться достичь такой кривой полезного действия, при которой оно бы оставалось в широких пределах нагрузки возможно постоянным. Приве-денная здесь ( фиг. 5 ) кривая полезного действия 5-сильного двигателя фирмы A.E.G. показывает ясно, что для экономичности работы [почти] безразлично, нагрузить ли его 3-мя или 10-ю силами.
Я позволю себе здесь маленькое замечание, что приведенная кривая снята с самого обыкновенного двигателя, значащегося по каталогу [как] KD50, и что она отнюдь не приукрашена, как это, к сожалению, иногда делается для демонстраций. Разумеется, что для специальных целей можно еще значительно увеличить способность к перегрузке. Вышеприведенный же двигатель совершенно нормален, т.е. он обмотан и построен для боль-шинства обыкновенных целей. В тесной связи с способностью к перегрузке стоит свойство новейших двигателей раз-вивать сильную тягу (момент вращения) при пускании в ход. Так как превосходные качества двигателей п. тока в этом отношении хорошо известны, то достаточно здесь указать на то, что и тр.-ф. двигатели точно так же могут удовлетворить всем практическим требованиям. Можно быть уверенным, что даже и при очень тяжелой нагрузке двигатель всегда начнет вращаться, если бы даже для этого потребовалось развить двойной или тройной момент вращения против нормального. Особенно хороши в этом отношении двигатели с контактными кольцами (с приспособлением для подъема щеток иди без такового), как это доказывается многочисленными применениями тр.-ф. тока при кранах, подъемных машинах и т.д. По той же причине можно значительно сократить время пускания в ход или перемены направления враще-ния при тр.-ф. двигателях сравнительно с п. током потому, что ускоренное пускание, в сущности, не что иное как перегрузка, к которой эти двигатели нечувствительны. При подъемных машинах в рудниках, точно так же при кранах, где требуется не только поднимать, но часто и опускать груз постепенно и потихоньку, можно путем сообщения двигателю обратного вращения, в соединении с реостатами, управлять грузом совершенно по желанию и, в случае нужды, обойтись без механического тормоза. Надежность тр.-ф. двигателя в этом отношении такова, что, например, подъемная машина в Riebeck?sche Montanwerke была допущена после весьма успешных опытов и испытаний для подъема и спуска людей в рудник.
Мое описание современного состояния тр.-ф. двигателей было бы неполным, если бы я не прибавил и об их успехах в том отношении, в котором они отличаются к своей невыгоде от двигателей п. тока. Я уже напоминал Вам о так называемом cos . при переменных токах и о том, что "индукционные" двигатели (каковы и обыкновенные тр.-ф.) производят сдвиг фаз силы тока с напряжением, так что число [активных] ватт не равняется, но меньше произведения отдельно взятых ампер и вольт. Вследствие этого при двигателях переменного и тр.-ф. токов надо, вообще говоря, рассчитывать на большие амперы при данных вольтах, чем соответствовало бы данной поглощенной энергии. Это свойство потому невыгодно, что смотря по большей или меньшей величине этого cos . надо брать большие динамо и более толстые провода, чем, например, при той же нагрузке в форме калильных ламп ( cos . = 1 ). До недавнего времени значения cos . двигателей при полной нагрузке равнялись от 0,7 до 0,8. Это обстоятельство принуждало увеличивать общее сечение проводов против п. тока, при той же процентной потере энергии, примерно на 50%, а динамомашины надо было брать процентов на 25 большей мощности, чем действующие на них паровые машины. Точно так же страдал и ход станции при переменах нагрузки от колебаний напряжения вследствие увеличения реакции в динамомашинах при сдвиге фазы. Кроме того, как легко можно себе представить, и все расчеты значительно усложнялись, особенно при ответвлениях с различным cos . . Но вот уже года 1.5-2 как фирме A.E.G. удалось благодаря приобретенной опытности и теоретическим выводам, в связи с образцовой точностью выполнения в мастерских, построить двигатели с невероятно высоким значением cos . . Этот коэффициент достигает 0,9 уже при малых двигателях, начиная с одной [лошадиной] силы; на самом же деле это значение cos . бывает, обыкновенно, немного выше, доходя до 0,92-0,93. Против этого успеха, разумеется, поднялись тотчас же возражения, будто бы столь высокий cos . можно было достичь, лишь пожертвовав прочими достоинствами двигателей, особенно их способностью выносить перегрузки (и электрической устойчивостью).
Насколько голословны эти утверждения, можно всего лучше доказать, указав на тот двигатель, превосходные качества которого ясно характеризуются кривою [полезного действия] на фиг. 5 . Достаточно привести Вам кривую, показывающую значения cos . это-го самого двигателя ( фиг. 6 ) без всяких дальнейших рассуждений.
Нам удалось также повысить и так называемую "электрическую устойчивость" двигателей так, что они в состоянии работать безупречно даже и при сильных колебаниях напряжения. Так, например, можно понизить напряжение на 30% ниже нормального без опасения остановки при полной номинальной нагрузке. Подобного падения напряжения, конечно, не может случиться при правильных остановках, но все же подобная высокая степень "устойчивости" представляет залог надежности при всевозможных случайностях.
Рассмотрев, таким образом, все важнейшие части тр.-ф. установок, начиная с динамомашин и кончая двигателями, Вы, вероятно убедились, что подобная, разработанная до мелочей, система должна все более и более завоевывать себе поле применений и захватывать понемногу все отрасли промышленности. Я попробую теперь показать помощью примеров, из законченных уже установок, действительно победоносное развитие тр.-ф. системы.
Установки и применения тр.-ф. системы Установки тр.-ф. тока распадаются, смотря по роду и обширности, на 3 группы:
1. Распределение механической силы и освещения в промышленных заведениях помощью тока низкого напряжения, причем этот последний может либо добываться непосредственно или же быть доставлен трансформаторами от станций по типу 3.
2. Передача силы на более или менее значительные расстояния без значительного распределения по большой площади.
3. Центральные канализации электрической энергии как в отдельных городах, так и по целым областям или группам городов и местечек. Я поведу свой обзор в означенном порядке именно потому, что надо сперва набросать картину мелких, отдельных применений, дабы дать потом возможность более правильной оценки больших распределений, часто состоящих лишь из суммы мелких.
На заводах, фабриках, в мастерских всякого рода требуется в разных местах механическая сила для приведения в движение станков и машин-орудий. Как известно, эти последние можно либо соединять при посредстве трансмиссионных валов в группы с общим электродвигателем для каждой, или же ставить к каждому станку отдельный двигатель. Спор о том, что лучше, работа на группы или же "одиночный привод", вероятно, дошел и до Вас, так что вряд ли стоит его сегодня снова разбирать. Я ограничусь лишь утверждением, что привод группами удержался лишь в редких случаях и почти всегда служил только переходною ступенью, при которой промышленники знакомились с электродвигателями. Понемногу они привыкали к ним и осваивались с ними настолько, чтобы применять, сперва, в отдельных случаях, а потом и систематически одиночный привод. Считая поэтому, с своей стороны, этот одиночный привод наиболее целесообразным и правильным, я не могу не указать связи его с тр.-ф. системой. В самом деле, разбросанные и обширные установки, с сотнями больших и малых двигателей, с того только времени и стали возможными, когда удалось уменьшить внимание и уход за каждым отдельным двигателем до минимума. Особенно многочисленны электрические передачи и приводы в механических заводах и мастерских. Разные отделения таких заводов, вследствие их исторического развития, часто расположены в очень случайном порядке или же разбросаны, причем старые длинные трансмиссии и мелкие паровые двигатели сильно вредят экономичному распределению силы. Многочисленные передаточные ремни представляют постоянный источник неудовольствия, несчастных случаев и остановок, они затемняют значительно помещение и мешают постановке кранов для подъема и передвижения тяжестей.
Отдельные станки, например, токарные, сверлильные и т.п. связаны с своим местом из-за трансмиссии, так что приходится подвозить тяжелые, громоздкие предметы к маленьким станкам вместо того, чтобы поступать логичнее, т.е. наоборот. При электрической передаче можно повести весь ход производства так, как это целесообразнее и выгоднее, потому что станки можно ставить в каком угодно порядке, где угодно или даже перевозить их краном с места на место без затруднений. При этом можно много выиграть в смысле утилизации места и пользоваться часто помещениями и даже дворами, где нельзя или не стоит устраивать трансмиссий. Имея электрическую передачу, можно работать иногда лишь в отдельных мастерских или на отдельных станках дольше, чем на прочих, например, ночью, не заставляя вертеться попусту все валы и шкивы большого завода. <...>Даже и очень крупные рабочие машины можно с выгодой приводить в движение тр.-ф. двигателями. Так, например, на одном из германских меднопрокатных заводов один 200-сильный двигатель работает помощью канатной передачи, а другой - в 500 сил непосредственно соединен с прокатными валками. Эта установка работает уже около 1.5 года безупречно, так что фирма A.E.G. решилась приступить и к еще более крупным прокатным станкам в 2000 и более сил. Само собою разумеется, что тщательный расчет маховика и соображение его с так называемым "скольжением" двигателя (т.е. с уменьшением его скорости) - безусловно, необходимое условие успеха. Как контраст к этим гигантским приводам можно привести применение двигателей к ткацким и прядильным станкам. Здесь бывают большие залы с несколькими сотнями станков, из которых каждый берет не более 0,2-0,3 лошадиной силы. Попытки одной немецкой фирмы несколько лет тому назад устроить электрическую передачу в ткацких фабриках с помощью п. тока кончились так плачевно, что противники "одиночного" привода долго еще потом приводили их, как устрашающий пример. Тр.-ф. ток стали применять сравнительно недавно, и он блестяще выполнил ту же задачу и принес мануфактурам, кроме непосредственных сбережений, значительное увеличение производительности при данном числе станков. И теперь считается почти аксиомой - что эта система самая лучшая. В Южной Германии, на Рейне, а особенно в Швейцарии и северной Италии большая часть многочисленных прядилен и ткацких заведений уже устроили себе одиночный привод тр.-ф. двигателями, которые в этих местностях считаются по тысячам. <...>Понятно, что при фабрикации двигателей одинакового типа сотнями экземпляров можно с выгодой употребить специальные приспособления, вследствие чего можно опять-таки необыкновенно понизить цену двигателя. Особенно благодарное поле применений нашли тр.-ф. двигатели на сахарных заводах. Приведение в движение центрифуг электродвигателями едва ли выполнимо при другой системе двигателей, так как этим последним приходится развивать при начале движения огромную силу для преодоления большой инерции.
Центрифуга, которая, например, берет при нормальной скорости лишь 2-3 лошадиные силы, требует при пускании в ход часто более десяти. Двигатели насаживаются в данном случае непосредственно на ось центрифуги; они обыкновенно снабжаются замкнутым на себя якорем, причем для пускания в ход служит лишь обыкновенный рубильник или выключатель. Работнику поэтому нечего заботиться ни о двигателе, ни о введении каких-либо реостатов, и он может быть всецело занят своей настоящей работой.
Отсутствие ремней, которые при таких приводах необыкновенно быстро изнашиваются от сильного скольжения, допускает, вдобавок, значительно более удобную и компактную постановку центрифуг и притом в том помещении, где это всего более подходит для производства. Точно так же и так называемые вакуум-аппараты с их воздушными насосами могут быть с выгодой помещаемы в одном из верхних этажей, где часто нет возможности поставить паровую машину. Опрятность и чистоту на сахарных заводах нельзя очень строго соблюсти, поэтому на двигатели часто попадает свекловичный сок, патока и т.д.; это обстоятельство отнюдь не мешает тр.-ф. двигателям, тогда как действие коллектора, облитого патокой, излишне описывать.
Один просвещенный сахарозаводчик около Рейна, который около 4-х лет тому назад снабдил свой рафинадный завод тр.-ф. передачей и который вначале-таки сомневался еще в ее преимуществах, недавно мне подтвердил, что если бы ему еще раз пришлось строить сахарный завод - то он непременно опять снабдил бы его электрической передачей и не иначе как по системе тр.-ф. тока. Действительно, можно сказать, что почти все сахарные и рафинадные заводы в Герма-нии понемногу завели у себя электрическую передачу, и из этих, опять-таки, почти все без исключения употребляют тр.-ф. ток. Из нескольких выставленных фотографий вы можете убедиться в удобстве этого применения. Сравнительная нечувствительность тр.-ф. двигателей к сырости и парам доставила им вход в химические заводы и красильные заведения, причем достаточно самых примитивных мер для защиты двигателей. Это преимущество последних, в связи с их выносливостью при грубом обращении с ними, убедило также многочисленные цементные и кирпичные заводы в применимости электрической передачи по системе тр.-ф. тока. Действительно, здесь требуются двигатели, которые, например, в состоянии, прозимовав в какой-нибудь маленькой деревянной будке, немедленно начинать работать весной. Кроме того, мелкая цементная пыль очень мешает двигателям п. тока, так как она в изобилии скопляется в щетках и под ними. Что способность тр.-ф. двигателей (с контактными кольцами) к регулировке и изменению числа оборотов практически часто применяется, это яснее всего видно из их применений, например, к ситцепечатным машинам, где изменение скорости [вращения привода] требуется в широких пределах. При этих станках [ранее] употреблялись маленькие паровые машины для вращения красочных валов, но они работают так невыгодно, расходуют столько пару, что замена их тр.-ф. двигателями в высшей степени удовлетворила фабрикантов. На одной из представленных здесь фотографий приведен пример приспособления тр.-ф. двигателя к ситцепечатному станку. Равномерный ход, зависящий только от равномерности [работы] генераторной станции, и, наоборот, независимость скорости от случайных колебаний напряжения или от изменения сопротивлений самого двигателя привлекли к системе тр.-ф. тока симпатии со стороны бумажных фабрик; при этом немаловажную роль играет и нечувствительность к сырости. При очень раскинутых установках или при обширной площади часто нельзя обойтись со столь низким напряжением как 100-200 вольт и надо прибегнуть к 500 [вольтам]. В этих случаях опять- таки гораздо лучше употребить тр.-ф. ток, так как при этом напряжении важно, по возможности, устранить необходимость прикасания [персонала] к двигателям. Кроме того, и изоляция двигателей несравненно надежнее, чем при п. токе, как я уже объяснил это ранее. Поэтому неудивительно, если портовые постройки и гавани с их элеваторами и повсюду разбросанными кранами для нагрузки и разгрузки судов, желая пользоваться всеми преимуществами электрической передачи, отдают в последнее время предпочтение тр.-ф. току. Одна из таких наиболее важных портовых установок - это строящаяся теперь в Констанце (Румыния). Точно так же проник тр.-ф. ток в рудники и копи. При этом на его долю выпадает, большей частью, очень трудная работа, как то: подъемные машины (покамест таковые были устроены с электродвигателями лишь до 200 сил), цепные тяги вагонеток, насосы, вентиляторы, промывальни для руд и угля, прессы для выдавливания кокса из печей и т.п. Двигателям тут часто приходится терпеть сырость и неаккуратный уход: здесь не пускают двигатели осторожно и потихоньку в ход, по всем правилам, здесь не справляются, в полном ли порядке то, что двигатель должен тянуть, например, не волочатся ли цепи по земле, не погнуты ли колеса [вагонеток] и т.п. При подобных условиях задача электротехники нелегка, и без помощи тр.-ф. тока вряд ли даже возможно удовлетворительное решение. Зато те же горные заводы представляют благотворное и богатое поле применений электричества, как это доказывается многочисленными тр.-ф. установками в Вестфалии, Силезии и Трансваале. Администрации и управления горных промыслов полны похвале этой системе, которой, по их мнению, предстоит блестящая будущность.
Last but not least - это применения тр.-ф. системы на судах, верфях и доках. Из последних назову Вам императорские верфи в Вильгельмсхафене и судостроительные мастерские "Вулкан" в Штеттине. Из судов, имеющих тр.- ф. установку, назову "Konigin Luise" Северогерманского Ллойда, где ток служит, кроме освещения, для многочисленных двигателей, действующих на насосы, вентиляторы и разные подъемные машины.
После этих примеров применения тр.-ф. тока низкого напряжения, указать которые я, конечно, мог лишь в самых общих чертах, я перехожу к установкам, где эта система тока одна только может господствовать, без какой-либо возможности конкуренции со стороны п. тока. Это установки, где напряжения в несколько тысяч вольт непосредственно потребляются двигателями (иногда с промежуточным трансформатором); иначе, это те установки, которые я обозначил в классификации под группой второй, как передачи на большое расстояние без широкого распределения. Передачи силы на расстояние устраиваются там, где есть дешевый источник энергии как, например, водяная сила и угольные копи, или же там, где по природе вещей необхо-димо поставить двигатель вдали от генератора. Последнее, например, имеет место при больших водоподъемных машинах или водокачках в рудниках. Очень часто желательно там приводить в действие большие насосы, скажем, до 1000 сил и на глубине 500 или более метров электродвигателями вместо паровых машин. При этом устраняется нагревание в подземельных камерах и сберегается значительная потеря от конденсации пара в длинных [подводящих] трубах. Ставя паровую машину [с динамомашиной] на поверхности, где размеры не играют такой важной роли, как в подземных помещениях, можно выбрать более экономную или же более скороходную. Равным образом, значительно уменьшается и необходимое количество прислуги под землей. Большое число подобных электрических водокачек было устроено несколько лет тому назад, и они работают так исправно и экономно, что многие рудники приступают теперь к тому же. Из устройства этого рода назову, между прочим, угольные копи "Marianna Steinbank" возле г. Бохума, где 750-сильный двигатель на 2000 вольт [напряжением] качает воду на глубине 550 метров; затем соляные копи в Леопольдсгалль возле Стасфурта, в которых сперва установили три насоса с электродвигателями на 100 сил и где теперь ставится еще один на 1000 сил. Если напомнить, что один из главных авторитетов по части рудниковых насосов, профессор Ридлер из Шарлоттенбургского Политехникума, заключил договор с фирмой A.E.G., чтобы насосы его системы соединять с тр.-ф. двигателями - то уже этого одного факта достаточно, чтоб получить понятие о значении сего нового применения электротехники.
Я обхожу описания многочисленных простых передач сил, где водяные колеса или турбины приводят в действие генераторы высокого напряжения, где ток передается тонкими проволоками через леса и горы на несколько верст в большие или меньшие промышленные заведения и фабрики и где двигатели питаются прямо или через посредство трансформаторов. Подобные, часто передачи для работы и для освещения, считаются в гористых местностях тысячами. Кроме Швейцарии и Италии их особенно много в южной Германии, Эльзасе, а также в Швеции и Норвегии.
Добывание карбида кальция доставило в последнее время новый способ эксплуатации водопадов. В большей части случаев нельзя поставить карбидных печей возле генераторной станции, вследствие неудободоступного положения ее где-нибудь в ущелье между скалами, или по необходимости соображаться с подвозом и отправкой материала по железной дороге и т.п. Поэтому для производства карбида надо прибегать во многих случаях к высоким напряжениям; это тем легче, что образование этого продукта зависит лишь от теплового действия тока, так что все роды тока равно пригодны. Разумеется, что всегда отдают предпочтение тр.-ф. току, потому что при этом удешевляется динамомашина и достигается сбережение 25 проц. в проводах; последнее весьма значительно при тех огромных количествах энергии, какие поглощает фабрикация карбида кальция. Из многочисленных установок этого рода, устроенных и проектированных фирмой A.E.G. в разных странах, укажу на завод, строящийся теперь при Сиитоле в Финляндии. Характерное применение нашла себе тр.-ф. система высокого напряжения: это ее по-средничество при распределениях с п. током. Это употребляется тогда, когда надо поставить генераторную станцию далеко от места потребления и когда по разным причинам необходимо распределять именно постоянный ток; так, например, при расширении уже существующих станций п. тока, где перемена системы, конечно, немыслима. В таких случаях ставятся на главной станции тр.-ф. генераторы высокого напряжения, а на одной или нескольких "вторичных", или распределительных станциях, берутся двигатели, соединенные с динамомашинами п. тока, или же так называемые вращающиеся трансформаторы. Из многих устройств подобной передачи упомяну сперва сделанную для Tokyo Electric Light C0 в Японии. Там принуждены были, вследствие частых землетрясений, которых не выносили ни паровые машины, ни паропроводные трубы и котлы, перевезти их дальше вглубь страны, на более спокойное место. Все же прочее устройство центральной станции осталось на старом месте, с той только разницей, что вместо старых паровых машин поставили тр.-ф. двигатели, которые продолжают теперь вращать старые динамомашины, двигатели же получают ток 3000 вольт от перенесенной станции, при помощи воздушных проводов.
Другой пример из менее отдаленных стран, но зато тем более исполинских размеров - это строящаяся теперь передача для Берлина . Я остановлюсь на ней немного дольше, так как в скором времени это будет, вероятно, самая большая электрическая установка в мире. Теперешние 4 станции Берлинского Общества Электрического Освещения (Berliner Elektrizitats- Werke) построены по трехпроводной системе с п. током и питают вместе одну общую кабельную сеть, которая проложена в центральной части города. Мощность этих станций в настоящее время около 2500 сил в общем. По новому, недавно заключенному с городом, договору это Общество обязано доставлять ток для освещения и для двигателей по истечении 2-х лет не только в центре, но и во всех частях города. Кроме того, оно обязалось снабжать током все линии электрических дорог, причем как раз теперь происходит переход от конной тяги к электрической. Этот новый договор обязывает, другими словами, к немедленной установке еще 30000 сил, открывая, конечно, перспективу и дальнейшего, хотя уже более постепенного расширения. Этого необычайного расширения нельзя, конечно, достигнуть простым расширением существующих станций уже вследствие их положения в центре города. К тому же подземные кабели уже и теперь заполнили почти все свободное место под улицами, где кроме них лежат еще другие многочисленные проводки: газовые и водопроводные трубы, пневматическая почта, пожарный телеграф, телеграфные и телефонные кабели, канализационные трубы и т.д. Чтобы справиться с мощностью и местом для прокладки кабелей, надо было бы расположить по всем частям города и по окраинам его от 8 до 10 станций [п. тока]. Подобные станции не могли бы быть больше чем на 4-5 тысяч сил каждая, и работали бы поэтому сравнительно невыгодно: добывание необходимой для конденсации воды и доставка топлива были бы сложны, а участки земли стоили бы дорого. Найдено было гораздо более выгодным добывать ток в одной или двух больших загородных станциях по системе тр.-ф. тока высокого напряжения. Этот ток проведется в [выше]означенные 8-10 пунктов города, где он будет питать "трансформаторные станции" (подстанции). Участки, потребные для таких подстанций, несравненно меньше, и так как они, кроме того, не требуют никаких особенных условий, то и стоят гораздо дешевле, чем для паровых станций. С другой стороны, добывание тока за городом настолько рациональнее и экономичнее, что уже этим одним покрываются стоимость и потери в вращающихся трансформаторах [, преобразующих тр.-ф. ток в п.]. В самом деле, увеличением размеров машинных единиц и отсутствием изменения в месте [потребления тока] можно достичь в конструкции паровых двигателей блестящих результатов: ничтожного ухода и очень малого потребления топлива, которое, к тому же, дешевле в доставке [за городом, чем в самом городе]. Я думаю, нет надобности объяснять возможность употребления всех новейших приспособлений для разгрузки и ссыпки топлива, для перегревания пара и тому подобных устройств, которые возможны именно лишь при больших станциях.
По всем этим причинам решено было расширить станцию, находящуюся в так называемой Обершпрее , в 15 верстах от Берлина. Эта станция питает в настоящее время некоторые пригородные места тр.-ф. током высокого напряжения и развивает до 6 000 сил в 4-х паровых машинах, из коих 2 по 1 000 и 2 по 2 000 сил. К этому устройству должны теперь прибавить еще 4 машины по 4 000 сил, следовательно, всего еще 16 000, тогда как новая станция, строящаяся на севере Берлина ( Моабит ), получит сперва 3 таких машины. Эти новые 7 паровых динамомашин с общей мощностью в 28 000 сил будут питать током в 6 000 вольт через посредство подземных кабелей в первое время 6, а потом и большее число вторичных станций в городе. Как уже было упомянуто, здесь будет поставлено 12 вращающихся трансформаторов по 1 200 и 6 по 550 киловатт каждый. Это всё машины, которые одновременно заказаны и даны в работу фирме A.E.G. и которые должны быть постепенно, но не позже как через 1.5 года, быть все в ходу.
<...>Главные размеры этой [динамо]машины [в 4 000 сил]: внешний диаметр 8,6 метра, при длине основания в 10,6 метра, ширина 1,2 метра; линейная скорость вращающейся арматуры 32 метра в секунду; арматура эта весит около 65 тысяч килограммов, тогда как неподвижная часть весит около 80 тысяч. Динамо эта развивает нормально 3 000 киловатт при напряжении в 6 000 вольт между каждым из трех зажимов и работает при 83 оборотах в минуту. Так как при этом сила тока в каждом из 3-х проводов равна 285 ампер, то, несмотря на весьма высокое напряжение, машина получит обмотку из толстых стержней, что, конечно, сделает ее необыкновенно прочною. Решено первую готовую из этих 7-ми машин послать на Парижскую всемирную выставку. В настоящее время это, вероятно, самые большие динамо в свете, так как ма-шины Ниагарской станции, хотя и по 5000 сил, но построены на гораздо большее число оборотов в минуту.
После этого описания, хотя и наибольшей станции для передачи силы, но все же с ограниченным числом мест потребления тр.-ф. тока, мы перейдем к центральным станциям, где этот ток доставляется большому числу потребителей в разных местах. Сюда, прежде всего, относятся те сравнительно мелкие требования двигательной силы, которых нет возможности разумно удовлетворить паровыми машинами, вследствие затруднительно-сти ухода и сложности их, например, земледельческие устройства, осушение целых местностей. Особенно интересна из подобных установок - это осушение дельты реки Немана у Мемеля (Клайпеда с 1932 г.), где многие квадратные версты стояли прежде по целым неделям и месяцам под водой и где земля поэтому почти непригодна была для обработки. Теперь там построены заграждения, проведены каналы и поставлено 7 черпательных колес. Эти черпалки стоят на расстоянии по 5- 10 верст одна от другой и приводятся в движение 75-сильными тр.-ф. электродвигателями. Установка эта питается от общей станции в 5 000 вольт, и отдельные черпалки не требуют ни малейшего ухода даже при пускании в ход: все делается со станции. Подобные же устройства, хотя и с более мелкими двигателями, существуют, насколько мне известно, в нескольких местах Голландии.
В Эльзасе работают уже, а у нас на Кавказе строятся распределительные сети, где тр.-ф. ток работает на нефтяные буровые машины и насосы. Здесь площади распределения настолько обширны, что приходится брать напряжение до 6 000 вольт.
Дешевизна добывания электрического тока при больших станциях с самыми последними усовершенствованиями и приспособлениями, а особенно там, где благодаря выгодному местоположению имеется в распоряжении дешевая двигательная сила, уже давно подавала повод к планам и проектам больших сетей и "канализаций". Но лишь со времени введения тр.-ф. тока явилась возможность приступить к тому, о чем прежде можно было лишь мечтать. Причина эта, конечно, та, что это единственная сила тока из пригодных для высоких напряжений, которая равно хорошо применима как для освещения, так и для двигателей. Без последних, как известно, центральные станции не могут процветать. Водяная сила представляет типичный источник дешевой силы, поэтому наиболее характерным примером больших распределений надо считать, после всем известной Ниагарской станции, недавно оконченную установку в Рейнфельдене при г. Базель. Здесь утилизируется течение реки Рейна для движения 20 турбин по 850 сил каждая. Часть этих турбин соединена с динамомашинами, коих ток тут же, на месте служит для электрохимических производств, другая же часть вращает тр.-ф. машины напряжением в 7 000 вольт.
Этот ток доставляется частью по кабелям, частью воздушными проводами бесчислен-ному числу маленьких деревень, городков, отдельным фабрикам, соляным промыслам и т.д. на расстояния до 20 верст. Сеть проводов покрывает не только немецкий, но и швейцарский берег Рейна*. Конечно, ток продается по очень дешевому тарифу, и, вследствие этого, уже теперь в этой местности заметно возрастание промышленности. Самые ничтожные поселения могут себе позволить роскошь электрического освещения улиц; возросла и безопасность сельских домиков в пожарном отношении вследствие употребления надежных калильных ламп. Аналогичная установка обширного распределения построена фирмой A.E.G. и в Силезии близ г. Глейвица около 2-х лет тому назад; разница только та, что здесь положение среди каменноугольных копей обусловливает дешевизну силы. В последнее время, наконец, удалось решить успешно вопрос эксплуатации газов из доменных печей, так что многие десятки тысяч лошадиных сил, пропадавших почти даром, [уже] состоят в распоряжении. Строящиеся установки подобного рода принимают, конечно, форму крупных канализаций силы и освещения. Не подлежит сомнению, что электрические канализации по целым областям и провинциям приносят пользу не только крупной, но, главным образом, мелкой промышленности и ремесленникам всякого рода. Любопытно видеть, например, в Страсбурге как крошечные заведения, часто с одним только окном, выделывают макароны, готовят колбасы, изготовляют и печатают конверты и т.д. при помощи тр.-ф. двигателей от 0,5 до 5 сил. По-видимому, они находят в этом приводе облегчение конкуренции с большими заведениями и компаниями.
Электрическая канализация дешевым током доставляет светлое, безопасное и гигиеничное освещение, она дает возможность ставить двигательную силу в самой раздробленной простейшей форме каждому беднейшему жителю и ремесленнику. Нельзя не предвидеть влияния всего этого на мирное и постепенное улучшение социальных отношений. Тр.-ф. ток стал современным культурным фактором; благотворное влияние, которое оказывает электротехника на жизнь западных народов, не замедлит обнаружиться и у нас на Руси. Целью моего доклада было показать Вам, как тесно связан последний прогресс электротехники с развитием системы тр.-ф. тока. Из приведенных примеров Вы могли увидеть, к чему пригодна эта система и с каким вооружением электротехника переступает через порог нового столетия. "Электричество", NN 4 и 5-6, 1900 (выполнена небольшая правка в соответствии с оригинальным докладом, опубликованным в Трудах Первого Всероссийского Электротехнического съезда, 1901)
Ссылки: