Развитие электротехники и роль русских ученых в изобретении трансформатора. Михаил шателен - русские электротехники

Послесловие Д. Л. Шарле Через любой океанАртур Кларк написал "Голос через океан" в 1957 г. и внёс несколько дополнений в последнюю главу при переиздании книги в 1959 г. Он закончил рассказ тем временем, когда с успехом были доказаны возможность и преимущества телефонной

М. А. Шателен

Русские электротехники второй половины XIX века

Предисловие

Студентам Ленинградского Политехнического института им. М. И. Калинина свой труд посвящает

Вторая половина XIX в. была периодом бурного роста новой отрасли знания - электротехники, оказавшей в дальнейшем громадное влияние на развитие народнохозяйственной жизни всего мира.

Среди творцов - пионеров этой отрасли технических знаний было немало русских ученых и изобретателей - академиков, профессоров, техников. Каждый из них внес в дело развития электротехники свой вклад. К сожалению, работы многих из этих пионеров-электриков или не были оценены вовсе, или недооценены. Имена многих русских изобретателей постепенно забывались и их изобретения стали, даже на родине, приписывать другим изобретателям - иностранцам, которым удалось тем или другим путем обратить на свои изобретения внимание могущественных европейских и американских капиталистов.

В настоящем труде я попытался охарактеризовать наиболее крупных русских изобретателей-электриков второй половины XIX в., выявить мировое значение их работ и показать, какую роль играли русские ученые и изобретатели в общем развитии электротехники. Я пользовался для своего труда как литературными источниками всякого рода (технические и другие журналы и книги), так и архивными материалами, воспоминаниями, письмами и заметками современников. Кроме того, я воспользовался устными рассказами, слышанными мною от многих лиц, знавших лично великих изобретателей. Наконец, я воспользовался и своими личными воспоминаниями о большинстве ученых и изобретателей, деятельности которых касается настоящий труд. Со всеми ими мне приходилось иметь личные сношения: мне приходилось во время моей работы в Компании Эдисона, во время Парижской выставки 1889 г. и после нее встречаться с П. Н. Яблочковым. Затем, по возвращении в Россию, я встречался не раз в Петербурге с А. Н. Лодыгиным и Н. Н. Бенардосом. С Н. Г. Славяновым мы встречались часто в Мотовилихе на Пермских заводах, а также во время его приездов в Петербург по делам этих заводов, начальником которых он был в течение нескольких лет и на которых он и разработал свои главнейшие изобретения. С М. О. Доливо-Добровольским нас сблизили совместная работа над организацией Электромеханического факультета Ленинградского политехнического института и встречи на Парижской всемирной выставке 1900 г. С А. С. Поповым я работал долго в Университете. Еще будучи студентом, ездил с ним, уже молодым ученым, в экспедицию по наблюдению солнечного затмения в Красноярск и был, наконец, близким свидетелем всех его работ, приведших к изобретению радиотелеграфии. В своем труде я коснулся также большой научно-общественной деятельности коллектива, созданного нашими пионерами-электриками - Электротехнического (VI) отдела Русского технического общества, в течение многих десятилетий объединявшего всех русских электротехников. Я попытался также выявить и значение для развития нашей электротехники журнала «Электричество», также основанного теми же русскими пионерами-электриками. В главе, посвященной VI отделу и журналу, я говорю также о деятельности нескольких других русских электриков периода зарождения русской электротехники, не составивших себе такого громкого имени, как Яблочков и Лодыгин, но своими трудами много способствовавших развитию у нас новой отрасли техники.

С большинством членов Электротехнического (VI) отдела Русского технического общества и с работниками журнала «Электричество» я встречался часто, будучи сам одним из членов, а затем и председателем VI отдела. С участниками журнала «Электричество» я имел также частые встречи, будучи одним из постоянных его сотрудников на протяжении многих лет.

Таким образом, я имел возможность познакомиться с работой многих русских электротехников и, насколько это оказалось возможным, воспользовался для настоящего труда своими воспоминаниями и впечатлениями.

В своем «Послесловии» я попытался в самых кратких чертах коснуться вопросов о том, к каким результатам привели изобретения наших пионеров в Союзе Советских Социалистических Республик, как они использованы в нашем народном хозяйстве. План первой послевоенной Сталинской пятилетки дает ясный ответ на подобные вопросы.

К сожалению, надо признать, что имена большинства наших пионеров-электротехников были на протяжении долгого времени почти забыты и только теперь, при Советской власти, работа их получила должную оценку.

Постановления Правительства об увековечении памяти В. В. Петрова, П. Н. Яблочкова и А. С. Попова являются ярким доказательством того, что имена русских изобретателей-электриков впредь уже не ждет забвение.

Конечно, иначе и не могло быть в стране, первой вступившей на путь плановой электрификации, в стране, где главою первого Советского правительства были произнесены слова: «Только тогда, когда страна будет полностью электрифицирована, когда под промышленность, сельское хозяйство, транспорт будет подведена техническая база современной крупной промышленности, только тогда мы победим окончательно» (Ленин), и где первый план электрификации нашей страны, план ГОЭЛРО, был встречен такими словами нашего великого вождя:

«Превосходная, хорошо составленная книга. Мастерский набросок действительно единого и действительно государственного плана без кавычек. Единственная в наше время марксистская попытка подведения под советскую надстройку хозяйственно отсталой России действительно реальной и единствено возможной при нынешних условиях, технически производственной базы» (Сталин).

«М. Шателен»

Введение

В современной народнохозяйственной жизни применения электрической энергии получили самое широкое распространение. Нет ни одной отрасли народного хозяйства, нет ни одной области техники, где бы, так или иначе, не применялась электрическая энергия.

Это широкое применение стало возможным лишь после того, когда (продвинулось достаточно далеко изучение электрических явлений и законов ими управляющих и когда техника научилась применять эти явления для практических целей, т. е. когда начала развиваться электротехника. До конца XVIII в. электрические явления были известны только как явления, сопровождаемые механическими действиями (притяжение или отталкивание), или как явления кратковременных электрических разрядов (искр), сопровождающихся звуковыми и световыми феноменами. Как частный случай этих последних была известна молния, над изучением которой много работали наши академики Ломоносов, Рихман и др. Лишь после изобретения в 1799 г. Алессандро Вольта электрохимического генератора - знаменитого «столба» - появилась возможность получить то длящееся электрическое явление, которое впоследствии получило название «электрический ток». Изучение свойств электрического тока показало, что он может быть применен для самых разнообразных целей: для получения света, тепла, для химических действий, а также для получения магнитных и связанных с ними явлений.

Первая половина XIX в. была особенно богата результатами изучения электрического тока: была открыта электрическая дуга (Петров), были открыты явления термоэлектрические, был найден закон тепловых действий тока (закон Ленца-Джоуля), были определены законы химического действия тока (законы Фарадея), были установлены законы Ома и Кирхгофа, внесшие большую ясность в понимание явлений тока, были обнаружены свойства тока намагничивать железо и действовать на магниты, были найдены законы взаимодействия токов между собой и тока с магнитами, были открыты законы электромагнитной индукции и т. д. В этот же период особенно развились работы по приложению математики к изучению физических явлений. Работы математиков рассматриваемого периода, если и не дали непосредственных результатов для раскрытия сущности физических явлений, оказались исключительно полезными для всех расчетов, связанных с действиями тех или иных физических агентов. Громадное значение для прогресса учения об электрических и магнитных явлениях имело, конечно, установление закона сохранения энергии, положившего начало учению об энергетике, объединившего в единый энергетический комплекс такие различные виды энергии, как механическая, тепловая, электрическая и др.

Параллельно с изучением законов электрического тока шли и попытки применить ток для различных практических целей, прежде всего, для освещения и затем для нагревания, для разложения сложных химических тел, для покрытия металлами и получения металлических оттисков (гальванопластика акад. Якоби{2}), для целей связи (Шиллинг{2}, Якоби), для двигателей (Ленц{2}, Якоби) и т. п.

Вторая половина XIX в. была периодом бурного роста новой отрасли знания - электротехники, оказавшей в дальнейшем громадное влияние на развитие народнохозяйственной жизни всего мира.

Среди творцов - пионеров этой отрасли технических знаний было немало русских ученых и изобретателей - академиков, профессоров, техников. Каждый из них внес в дело развития электротехники свой вклад. К сожалению, работы многих из этих пионеров-электриков или не были оценены вовсе, или недооценены. Имена многих русских изобретателей постепенно забывались и их изобретения стали, даже на родине, приписывать другим изобретателям - иностранцам, которым удалось тем или другим путем обратить на свои изобретения внимание могущественных европейских и американских капиталистов.

В настоящем труде я попытался охарактеризовать наиболее крупных русских изобретателей-электриков второй половины XIX в., выявить мировое значение их работ и показать, какую роль играли русские ученые и изобретатели в общем развитии электротехники. Я пользовался для своего труда как литературными источниками всякого рода (технические и другие журналы и книги), так и архивными материалами, воспоминаниями, письмами и заметками современников. Кроме того, я воспользовался устными рассказами, слышанными мною от многих лиц, знавших лично великих изобретателей. Наконец, я воспользовался и своими личными воспоминаниями о большинстве ученых и изобретателей, деятельности которых касается настоящий труд. Со всеми ими мне приходилось иметь личные сношения: мне приходилось во время моей работы в Компании Эдисона, во время Парижской выставки 1889 г. и после нее встречаться с П. Н. Яблочковым. Затем, по возвращении в Россию, я встречался не раз в Петербурге с А. Н. Лодыгиным и Н. Н. Бенардосом. С Н. Г. Славяновым мы встречались часто в Мотовилихе на Пермских заводах, а также во время его приездов в Петербург по делам этих заводов, начальником которых он был в течение нескольких лет и на которых он и разработал свои главнейшие изобретения. С М. О. Доливо-Добровольским нас сблизили совместная работа над организацией Электромеханического факультета Ленинградского политехнического института и встречи на Парижской всемирной выставке 1900 г. С А. С. Поповым я работал долго в Университете. Еще будучи студентом, ездил с ним, уже молодым ученым, в экспедицию по наблюдению солнечного затмения в Красноярск и был, наконец, близким свидетелем всех его работ, приведших к изобретению радиотелеграфии. В своем труде я коснулся также большой научно-общественной деятельности коллектива, созданного нашими пионерами-электриками - Электротехнического (VI) отдела Русского технического общества, в течение многих десятилетий объединявшего всех русских электротехников. Я попытался также выявить и значение для развития нашей электротехники журнала «Электричество», также основанного теми же русскими пионерами-электриками. В главе, посвященной VI отделу и журналу, я говорю также о деятельности нескольких других русских электриков периода зарождения русской электротехники, не составивших себе такого громкого имени, как Яблочков и Лодыгин, но своими трудами много способствовавших развитию у нас новой отрасли техники.

С большинством членов Электротехнического (VI) отдела Русского технического общества и с работниками журнала «Электричество» я встречался часто, будучи сам одним из членов, а затем и председателем VI отдела. С участниками журнала «Электричество» я имел также частые встречи, будучи одним из постоянных его сотрудников на протяжении многих лет.

Таким образом, я имел возможность познакомиться с работой многих русских электротехников и, насколько это оказалось возможным, воспользовался для настоящего труда своими воспоминаниями и впечатлениями.

В своем «Послесловии» я попытался в самых кратких чертах коснуться вопросов о том, к каким результатам привели изобретения наших пионеров в Союзе Советских Социалистических Республик, как они использованы в нашем народном хозяйстве. План первой послевоенной Сталинской пятилетки дает ясный ответ на подобные вопросы.

К сожалению, надо признать, что имена большинства наших пионеров-электротехников были на протяжении долгого времени почти забыты и только теперь, при Советской власти, работа их получила должную оценку.

Постановления Правительства об увековечении памяти В. В. Петрова, П. Н. Яблочкова и А. С. Попова являются ярким доказательством того, что имена русских изобретателей-электриков впредь уже не ждет забвение.

Конечно, иначе и не могло быть в стране, первой вступившей на путь плановой электрификации, в стране, где главою первого Советского правительства были произнесены слова: «Только тогда, когда страна будет полностью электрифицирована, когда под промышленность, сельское хозяйство, транспорт будет подведена техническая база современной крупной промышленности, только тогда мы победим окончательно» (Ленин), и где первый план электрификации нашей страны, план ГОЭЛРО, был встречен такими словами нашего великого вождя:

«Превосходная, хорошо составленная книга. Мастерский набросок действительно единого и действительно государственного плана без кавычек. Единственная в наше время марксистская попытка подведения под советскую надстройку хозяйственно отсталой России действительно реальной и единствено возможной при нынешних условиях, технически производственной базы» (Сталин).

«М. Шателен»

В современной народнохозяйственной жизни применения электрической энергии получили самое широкое распространение. Нет ни одной отрасли народного хозяйства, нет ни одной области техники, где бы, так или иначе, не применялась электрическая энергия.

Это широкое применение стало возможным лишь после того, когда (продвинулось достаточно далеко изучение электрических явлений и законов ими управляющих и когда техника научилась применять эти явления для практических целей, т. е. когда начала развиваться электротехника. До конца XVIII в. электрические явления были известны только как явления, сопровождаемые механическими действиями (притяжение или отталкивание), или как явления кратковременных электрических разрядов (искр), сопровождающихся звуковыми и световыми феноменами. Как частный случай этих последних была известна молния, над изучением которой много работали наши академики Ломоносов, Рихман и др. Лишь после изобретения в 1799 г. Алессандро Вольта электрохимического генератора - знаменитого «столба» - появилась возможность получить то длящееся электрическое явление, которое впоследствии получило название «электрический ток». Изучение свойств электрического тока показало, что он может быть применен для самых разнообразных целей: для получения света, тепла, для химических действий, а также для получения магнитных и связанных с ними явлений.

Первая половина XIX в. была особенно богата результатами изучения электрического тока: была открыта электрическая дуга (Петров), были открыты явления термоэлектрические, был найден закон тепловых действий тока (закон Ленца-Джоуля), были определены законы химического действия тока (законы Фарадея), были установлены законы Ома и Кирхгофа, внесшие большую ясность в понимание явлений тока, были обнаружены свойства тока намагничивать железо и действовать на магниты, были найдены законы взаимодействия токов между собой и тока с магнитами, были открыты законы электромагнитной индукции и т. д. В этот же период особенно развились работы по приложению математики к изучению физических явлений. Работы математиков рассматриваемого периода, если и не дали непосредственных результатов для раскрытия сущности физических явлений, оказались исключительно полезными для всех расчетов, связанных с действиями тех или иных физических агентов. Громадное значение для прогресса учения об электрических и магнитных явлениях имело, конечно, установление закона сохранения энергии, положившего начало учению об энергетике, объединившего в единый энергетический комплекс такие различные виды энергии, как механическая, тепловая, электрическая и др.

§ 1. РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И РОЛЬ РУССКИХ УЧЕНЫХ В ИЗОБРЕТЕНИИ ТРАНСФОРМАТОРА

Развитие электротехники первоначально происходило по линии применения постоянного тока. Между тем бурно развивающаяся в XIX в. промышленность требовала все более мощные источники электрической энергии и передачи ее от мест получения до потребителя. Однако постоянный ток, несмотря на многие его положительные качества, не удовлетворяет этим требованиям, так как не может получаться в генераторах большой мощности и передаваться на большие расстояния. Передаче энергии по линиям большой протяженности препятствовала невозможность повышения напряжения генератора сверх определенного предела. Такое повышение является необходимым во избежание больших потерь энергии в линии. Кроме того, непосредственное использование электрического тока при высоком напряжении в ряде случаев, например для освещения, оказалось бы невозможным по условиям безопасности.

В связи с этим применение переменного тока стало все больше привлекать внимание ученых-электротехников, в чем большую роль сыграли русские электротехники того времени, впервые открывшие метод трансформирования переменного тока и показавшие возможность его практического использования.

Первый шаг в получении трансформации сделал в 1877 г. русский ученый П. Н. Яблочков, который построил установку с последовательно соединенными индукционными катушками, вторичные обмотки которых питали им же изобретенные «свечи Яблочкова». Таким образом, индукционные катушки представляли по существу трансформаторы.

Вслед за этим трансформатор был усовершенствован русским изобретателем Н. Ф. Усагиным (1882 г.) и немецким инженером Дери (1885 г.).

Следующим этапом развития применения переменного тока было изобретение русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским трехфазной системы переменного тока (1889 г.) и трехфазного трансформатора., (1891 г.).

С этого времени благодаря найденным практическим решениям проблем — трехфазного электродвигателя и трансформирования переменного тока - начинается бурный рост использования электрической энергии в промышленности. Одновременно с этим стало увеличиваться значение мощности изготовляемых трансформаторов и росло напряжение, получаемое с их помощью.

Уже в 1891 г. был построен первый трансформатор на 30 кв , для которого было применено, также впервые, масляное охлаждение. В дальнейшем рост напряжений характеризовался следующими цифрами: в 1907 г. построен трансформатор на 110 кв , в 1912 г.- на 150 кв , в 1921 г.- на 220 кв , в 1937 г.- на 287,5 кв , в 1952 г.- на 400 кв и, наконец, в 1958 г.- на 500 кв . Что касается мощности трансформаторов, то могут быть названы следующие цифры: в 1901 г.- 2250 ква , 1921 г.- 8300 ква , 1922 г.- 16 700 ква , 1955 г.- 90 000 ква , 1959 г.- 240 000 ква . В настоящее время проектируются трансформаторы мощностью до 1 000 000 ква (1000 Мва ) и напряжением до 750-1200 кв .

А. М. Дымков

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Допущено

Министерством высшего и среднего специального образования СССР

В качестве учебника для электротехнических техникумов

Издательство «ВЫСШАЯ ШКОЛА» Москва - 1971

В книге излагается курс расчета и конструирования трансформаторов, составленный на основе программы предмета «Расчет и конструирование трансформаторов» для электротехнических техникумов, утвержденной научно-методическим кабинетом по высшему и среднему специальному образованию для средних специальных учебных заведений по специальности «Электромашиностроение», а также методика расчета и основные данные по проектированию масляных силовых трансформаторов и даны примеры расчета. Добавлены главы, касающиеся некоторых типов специальных трансформаторов с той целью, чтобы окончивший техникум молодой специалист мог бы почерпнуть сведения об этих трансформаторах, необходимые ему для практической работы.

Книга предназначена в качестве учебника по расчету и конструированию трансформаторов, может служить пособием для курсового, а также и дипломного проектирования и быть полезной для квалифицированных рабочих и мастеров и инженерно-технических работников трансформаторных заводов

Рецензенты: Доцент Китаев В. Е Инж. Гончарук А. И

ВВЕДЕНИЕ

РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И РОЛЬ РУССКИХ УЧЕНЫХ В ИЗОБРЕТЕНИИ ТРАНСФОРМАТОРА

Развитие электротехники первоначально происходило по линии применения постоянного тока. Между тем бурно развивающаяся в XIX в. промышленность требовала все более мощные источники электрической энергии и передачи ее от мест получения до потребителя. Однако постоянный ток, несмотря на многие его положительные качества, не удовлетворяет этим требованиям, так как не может получаться в генераторах большой мощности и передаваться на большие расстояния. Передаче энергии по линиям большой протяженности препятствовала невозможность повышения напряжения генератора сверх определенного предела. Такое повышение является необходимым во избежание больших потерь энергии в линии. Кроме того, непосредственное использование электрического тока при высоком напряжении в ряде случаев, например для освещения, оказалось бы невозможным по условиям безопасности.

В связи с этим применение переменного тока стало все больше привлекать внимание ученых-электротехников, в чем большую роль сыграли русские электротехники того времени, впервые открывшие метод трансформирования переменного тока и показавшие возможность его практического использования.

Первый шаг в получении трансформации сделал в 1877 г. русский ученый П. Н. Яблочков, который построил установку с последовательно соединенными индукционными катушками, вторичные обмотки которых питали им же изобретенные «свечи Яблочкова». Таким образом, индукционные катушки представляли по существу трансформаторы.

Вслед за этим трансформатор был усовершенствован русским изобретателем Н. Ф. Усагиным (1882 г.) и немецким инженером Дери (1885 г.).

Следующим этапом развития применения переменного тока было изобретение русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским трехфазной системы переменного тока (1889 г.) и трехфазного трансформатора., (1891 г.).

С этого времени благодаря найденным практическим решениям проблем - трехфазного электродвигателя и трансформирования переменного тока - начинается бурный рост использования электрической энергии в промышленности. Одновременно с этим стало увеличиваться значение мощности изготовляемых трансформаторов и росло напряжение, получаемое с их помощью.

Уже в 1891 г. был построен первый трансформатор на 30 кв , для которого было применено, также впервые, масляное охлаждение. В дальнейшем рост напряжений характеризовался следующими цифрами: в 1907 г. построен трансформатор на 110 кв , в 1912 г.- на 150 кв , в 1921 г.- на 220 кв , в 1937 г.- на 287,5 кв , в 1952 г.- на 400 кв и, наконец, в 1958 г.- на 500 кв . Что касается мощности трансформаторов, то могут быть названы следующие цифры: в 1901 г.- 2250 ква , 1921 г.- 8300 ква , 1922 г.- 16 700 ква , 1955 г.- 90 000 ква , 1959 г.- 240 000 ква . В настоящее время проектируются трансформаторы мощностью до 1 000 000 ква (1000 Мва ) и напряжением до 750-1200 кв .