Двустороннее движение электричества. Тесла. Переменный ток

Сербский изобретатель сделал необычное устройство, состоявшее из металлического тазика, подсоединенного к генератору. Под удивленным взглядом будущих инвесторов он положил медное яйцо в тазик и запустил устройство. Яйцо начало вращаться на боку. Оно вращалось все быстрее и быстрее и, достигнув головокружительной скорости, встало вертикально и продолжило вращение, не падая. Тесла объяснил, что яйцо «поддерживает» вращающееся магнитное поле.

В апреле 1887 года новое предприятие «Тесла Электрик Компани», основанное вместе с Пеком и Брауном, открыло двери лаборатории на Либерти-Стрит, 89. Наконец Тесле представилась возможность применить на практике идеи, кипевшие в его голове в течение стольких лет. Шлюзы, сдерживавшие его энергию, раскрылись, и он с колоссальной отдачей погрузился в работу. Довольно скоро изобретатель полностью запатентовал свою многофазную систему переменного тока, включавшую схемы генераторов, двигателей, трансформаторов и автоматического контроля, полную распределительную цепь.

Теперь его конкурентом был не только Эдисон. По всей стране функционировало множество электростанций с наполовину разработанными цепями и другими установками; велась деятельность по созданию альтернаторов и трансформаторов и поиски подходящих проводов для домашнего использования. Но целью всех заинтересованных лиц был эффективный двигатель переменного тока. Когда двигатель Теслы предстал перед публикой, он оказался настолько простым, что там даже нечему было ломаться, — все выглядело очевидным. Предприятие изобретателя не оставляло в покое патентное бюро, его имя быстро стало известным на Уолл-Стрит, среди предпринимателей и ученых. Многие уже тогда поняли важность его идей.

Полифазная система характерна для использования переменного тока, она состоит из комбинации нескольких переменных токов, проходящих по идентичным контурам. При одинаковом периоде (длительность цикла или движения электронов в одном направлении) токи проходят с постоянным изменением фазы. Наибольшее распространение в электротехнике получила трехфазная система; она состоит из трех переменных токов со сдвигом фазы на 120°. Также используется двухфазная система, состоящая из двух токов, сдвинутых по фазе на четверть цикла, то есть на 90°. Раньше также существовали системы с большим количеством фаз — 6- и 12-фазная системы.

Изображение напряжения фаз в трехфазной системе. Между каждой из них имеется сдвиг на 120°.

Векторное изображение самых распространенных полифазных систем.

В тот же год появилось учреждение, показавшее зрелость отрасли, связанной с электричеством. Инженер-электрик Томас Коммерфорд Мартин (1856-1924), работавший с Эдисоном, а затем ставший издателем самого престижного журнала в области электричества Electrical World & Engineer основал Американский институт инженеров-электриков. AIEE (American Institute of Electrical Engineers) занимался систематизацией работы отрасли и публиковал сведения о последних достижениях. Все ученые, изобретатели и промышленные инженеры стали его членами и признавали Институт высшим компетентным органом в своей отрасли. Мартин был убежден, что идеи Теслы, с которым он познакомился в Париже, будут поворотным моментом в развитии технологии электричества. Мартин стал первым президентом AIEE и самым важным сторонником Теслы в сфере, до сих пор неизведанной изобретателем, — связи с общественностью. Благодаря посредничеству Мартина Тесла добился одного из звездных моментов своей исследовательской карьеры — лекции в Колумбийском университете перед членами AIEE, сливками общества, занимающимися промышленным использованием электричества в США.

Тесла прочитал свою лекцию «Новая система двигателей и трансформаторов переменного тока» 16 мая 1888 года. Он описал свою систему очень четко и детально, не оставив ни одного белого пятна и включив даже математическое представление системы. Аудитория была завоевана. На лекции присутствовал инженер и изобретатель Элиу Томсон, который придумал генератор переменного тока в 1878 году; правда, его модель не была до конца оптимизирована, и он долгое время искал вариант, предложенный Теслой. В зале присутствовал и Михаил Пупин (1858-1935), также серб, преподаватель Колумбийского университета: в изобретательской работе он всегда следовал за своим соотечественником. Анитал Сигеты, лучший и старинный друг Теслы, тоже пришел на лекцию и смог полюбоваться на окончательный чертеж, каракули которого видел еще в парке Варошлигет. Тесла позвал его на свое предприятие в качестве помощника в лаборатории. Среди слушателей лекции присутствовал также человек, сыгравший решающую роль для непосредственного будущего Теслы: это был убежденный сторонник переменного тока, главный соперник Эдисона, мультимиллионер Джордж Вестингауз.

Главный союзник Теслы и непосредственный враг Эдисона в войне токов, инженер и мультимиллионер Джордж Вестингауз известен также как изобретатель, получивший более 400 патентов. Наибольшее значение имел его воздушный тормоз, который в последующие десятилетия стал применяться в самых разных областях, особенно на железных дорогах; также были важны трамвайный электродвигатель, стрелки на железных дорогах и способ безопасной транспортировки природного газа по трубам. В 1901 году Вестингауз был выдвинут на получение Нобелевской премии, которую, однако, дали Вильгельму Конраду Рентгену за открытие икс-лучей.

В отличие от других великих миллионеров того времени, Джордж Вестингауз, магнат из Питтсбурга, обладал душой изобретателя; неспроста он обогатился на изобретениях, имевших важнейшее значение для развития железных дорог и способствовавших их удивительно быстрому распространению. Например, он запатентовал тормоза, использующие сжатый воздух. Вестингауз постоянно обдумывал множество фундаментальных проектов. Он купил патенты у европейских исследователей Люсьена Голара и Джона Диксона Гиббса, изобретателей первого трансформатора переменного тока, и в ноябре 1886 года в городе Буффало (штат Нью-Йорк) основал первую коммерческую сеть переменного тока в США. В 1887 году у него было уже 30 таких станций. Но спрос на электричество постоянно рос, теперь оно требовалось не только для того, чтобы принести свет и тепло в дома, но также для новой техники, такой как электрические трамваи. Для улучшения работы его компании «Вестингауз Электрик» мультимиллионеру были необходимы новые эффективные решения.

Тесла и Вестингауз с первой встречи прекрасно понимали друг друга. Американец был обаятельным и воспитанным человеком, в отличие от невежественных личностей, с которыми серб сталкивался до того момента. У них наблюдалось сходство и в личных вопросах: Тесла с маниакальной тщательностью следил за гигиеной и чистотой одежды, а Вестингауз всегда изысканно одевался, что особенно бросалось в глаза на контрасте с Эдисоном, известным своей неряшливостью.

В биографиях Теслы обычно пишут, что Вестингауз предложил изобретателю миллион долларов, а также процент за права по всем его патентам на переменный ток. Однако, согласно архивам компании Вестингауза, Тесле причиталось 25 000 долларов наличными, 50000 акциями компании и 2, 5 доллара за каждую выработанную лошадиную силу. Лошадиная сила (по-английски hp, от horsepower) — англосаксонская мера электрической мощности, равная 0, 75 киловатта. Как бы то ни было, 7 июля 1888 года Тесла и Вестингауз заключили долгосрочный договор на удовлетворявших друг друга условиях. Тесла переехал на время в Питтсбург, куда часто возвращался в последующие годы, чтобы консультировать команду инженеров Вестингауза, работавшую над созданием двигателей и над переходом от однофазной системы к полифазной.