Борьба с вихревыми токами в электрогенераторах и электродвигателях.

 

Сто лет — примерно с середины прошлого века и до середины нашего — сейчас называют «веком техники». За эти сто лет в топках котлов электростанций, паровозов и пароходов, в цилиндрах автомобильных и самолетных двигателей сгорело почти столько же топлива, сколько истребило человечество за все восемнадцать с половиной предшествовавших веков нашей эры. 

Если восемнадцатый век можно назвать веком лошадей, то эти сто лет можно назвать еще веком моторов. И наконец в последней четверти прошлого столетия электричество выходит на широкую дорогу промышленности. Появляются первые электростанции. 

Дешевую энергию для освещения и двигателей можно было получить только от генераторов, и вот генераторы соединяют с паровыми машинами, а потом и с паровыми турбинами. В 1882 году в Нью-Йорке Эдисон построил одну из первых электростанций, энергия которой продавалась за плату любому потребителю. И дело оказалось выгодным: электростанция приносила доход. А спустя два года английский инженер и фабрикант Чарлз Парсонс выпустил первую турбину, мощность которой была указана на щитке не в лошадиных силах, а в киловаттах: она была выпущена специально для электростанции.

Почти сразу инженеры, строившие электростанции, поняли, что один большой генератор выгоднее нескольких мелких: ему требуется меньше места, да и весит он меньше, чем несколько мелких вместе, а значит, и стоит дешевле. 

Но вот беда: чем больше была машина, тем сильнее она грелась. Нагревались обмотки и сердечники, от нагрева обугливалась изоляция, и машина выходила из строя. Для того чтобы избежать чрезмерного нагрева, нужно было снизить потери в сердечнике и улучшить его охлаждение. 

Якорь делался из железа, а железо тоже проводник, в нем наводились токи такого же направления, как в обмотке. 

Но эти токи (их называют вихревыми) не производят полезной работы; протекая по сердечнику якоря, они только нагревают его. 

Еще в сороковых годах прошлого века врач Вильгельм Синстеден предложил делать сердечники не из цельного куска железа, а из отдельных проволочек, чтобы увеличить сопротивление для вихревых токов; то же самое делал и Грамм. Однако это неудобно: в якоре из отдельных проволочек не сделать пазов — разрежешь проволоку. 

В 1880 году знаменитый Томас Альва Эдисон стал делать сердечники якорей своих динамо-машин из листов тонкой жести, оклеенных бумагой. Листы вырубались с помощью штампа, в них можно было сделать пазы для обмотки любой формы, а затем стянуть болтами в один пакет. Такой якорь похож на слоеный пирог: бумага, которой оклеены листы, мешает вихревым токам замкнуться по всей ширине железа и уменьшает их величину. Так делают сердечники и сейчас; интересно, что и толщина листов сейчас примерно такая, как предложил Эдисон. 

Тогда же Максим (это его второе полезное изобретение) предложил разделять сердечник якоря на отдельные пакеты, так что между этими пакетами оставались щели — каналы. По каналам проходил воздух; он прогонялся через машину вентилятором, насаженным на вал, или самим якорем. Воздух охлаждал поверхность каналов и снижал температуру сердечника. 

Немного позже выяснили, что потери в железе, из которого сделан сердечник, уменьшатся, если в него добавлять кремний. 

В конце прошлого века нашли, что обмотка греется меньше, если ее разделить на тонкие проволоки; чем тоньше они будут и чем больше их, тем лучше. 

Теперь-то, казалось, можно строить большие машины. Однако до этого тоже дошли не сразу: еще не было потребителя для большой мощности. 

Да и зачем большая электростанция, когда передавать энергию на далекие расстояния не умели. Все равно приходилось строить электростанцию на каждой фабрике, в каждом районе города.