Парагвайский вариант. Часть 3 - Олег Воля

Впрочем, от идеи получить индукционную плавку или закалку металла он не отказывался. Только выйти на повышенные частоты он рассчитывал за счёт чистой механики.

Есть такой малоизвестный тип электромашин, который в советской технической литературе называли — генератор индукторного типа, а за рубежом reluctance generator. Он уступает иным типам генераторов переменного тока по КПД, металлоёмкости, уровню шума при работе. Но есть у него невероятное преимущество, которое привлекло Солано. У этого типа генератора все обмотки расположены на статоре. Вращается только тупая железяка определённой формы, а вся магия творится на неподвижной поверхности корпуса. Что очень сильно упрощает конструкцию и до предела повышает надёжность.

В простейшем варианте, взятом Солано за образец, на валу крепился ротор в виде огромной шестерёнки. На статоре было такое же число зубцов, и вокруг каждого наматывалась обмотка. Генерация ЭДС возникала, когда во вращающейся системе появлялось постоянное магнитное поле. Его источником служила катушка, для которой система ротор/статор служили сердечником электромагнита.(1)

Зубцы вращающегося ротора то сближались с зубцами неподвижного статора, то отдалялись от них. От этого менялась напряжённость магнитного поля на зубцах. Оно пульсировало. И эти пульсации наводили ЭДС на обмотках вокруг зубцов. Эта ЭДС суммировалась и выливалась к потребителю в виде пульсирующего тока высокой частоты.

Высокая же частота проистекала из конструкции. Каждый зубец ротора за один оборот вызывал возбуждение в обмотках столько раз, сколько зубцов на статоре он встретит. Если их будет, например, сто, то за минуту при скорости вращения в 1000 оборотов он всколыхнёт электроны 100 тысяч раз. То есть выходящий ток будет иметь частоту примерно 1666 колебаний в секунду (Гц). Если раскрутить такой генератор до 3000 об/мин, то частота будет уже 5 кГц. Без всяких полупроводников.

Ещё, плывя на плоту по джунглям Амазонии, Солано начал размышлять и проектировать генераторы, которые должны стать рабочими лошадками индустриализации Парагвая. Но тогда, теоретизируя, он исходил не из возможностей, а из потребностей. Здесь же, в Нью-Йорке, ему пришлось выработать совсем скромный вариант, учитывающий именно наличествующие возможности.

Паровая машина мастерской по адресу Уотер-Стрит, 224, имела по паспорту пять лошадиных сил мощности. Но и на эту мощность нельзя было рассчитывать. От неё придётся откусить долю, причитающуюся генератору постоянного тока, а это около киловатта. Ведь иного источника для возбуждения поля. Ротор высокочастотного генератора надо было вращать на куда больших оборотах, чем выдавал паровичок. А следовательно, неизбежна повышающая ременная передача. И повышающая минимум в четыре раза! А значит, потери на проскальзывание ремня и эффективной мощности на валу будет ещё меньше.

Вот и выходил «релуктант» с ожидаемой проектной частотой 1000–1200 Гц (в зависимости от того, насколько удастся раскрутить паровую машину под нагрузкой) и мощностью всего около 1,5–2 кВт с учётом собственных потерь. А это очень смешная мощность. Сколько и с какой скоростью могла расплавить индукторная установка с такими параметрами, предстояло определить на практике.

* * *

Машина запыхтела паром и начала раскручивать вал. На слегка выпуклых шкивах, самоцентруясь, заскользили широкие приводные ремни, выделанные из шкуры бизона. Давление в котле показывали два новеньких манометра, кустарно изготовленных Уолтером Хантом.

Машина начала пыхтеть чаще и сильнее, разгоняя маховик зубчатого ротора. А тот с нарастающим гулом начал набирать обороты. Механический центробежный указатель на паровой машине постепенно двигал стрелку по отметкам. 200. 300. 400. Вой ротора стал совсем уж неприятен, и на его фоне шум от генератора постоянного тока совершенно растворился. Как и все прочие шумы.

Солано повернул рубильник, и постоянный ток хлынул в обмотку возбуждения. Никаких приборов, которые это показали бы, в конструкции не было предусмотрено. Косвенно о работе генератора можно было судить по тому, как натужно запыхтела паровая машина, восстанавливая просевшие обороты. Солано поднёс гаечный ключ к корпусу релуктанта и почувствовал, как он прилипает к металлу.

«Ну теперь самое главное».

В этом эксперименте был ещё один момент, который с трудом поддавался расчётам. Точнее, вообще не поддавался, и Солано бросил свои попытки. Дело в том, что индуктор в связке с нагрузкой порождает огромную реактивную составляющую. Объяснять, что это такое, неподготовленному человеку, очень трудно. Практически невозможно. Но вкратце — если эту реактивную мощность не компенсировать, то полезное действие оказывает только часть тока, остальная бессмысленно циркулирует по проводам, вызывая их нагрев. Контроль этого нагрева Солано предусмотрел. Для его измерения виток провода от генератора он поместил в стакан с касторкой и туда же опустил обычный градусник (с дурацкой шкалой Фаренгейта).

Для компенсации реактивной составляющей тока в промышленности служат батареи конденсаторов. Как правило, они подключаются совершенно автоматически, подчиняясь контрольной аппаратуре. Солано об этом знал и тоже собирался бороться за повышение КПД своей установки. Но заранее узнать, какую именно ёмкость включить в цепь, он не мог. Он не знал ни точное выходное напряжение, ни добротность индуктора, ни частоту. Слишком всё было сделано на глазок и на авось. Поэтому он истратил все остатки станиоли и шёлка и соорудил пяток банок конденсаторов в дополнение к имеющимся.

Одним контактом все они были припаяны к общей шине, с которой уходил толстый провод индуктора. Одна банка была подключена без коммутации, напрямую, а остальные крепились к персональным ключам — медным пластинам с эбонитовыми шарообразными ручками. Конструкция, конечно, небезопасная, но Солано никого к установке подпускать не собирался, а сам опасность учитывал и берёгся как мог. Даже очки себе сделал тёмные на случай внезапной дуги.

Опасность заключалась в том, что можно слишком хорошо «перекомпенсировать» систему и вызвать явление резонанса. А оно чревато скачкообразным ростом напряжения, которое может достичь тысяч вольт. Разумеется, изоляция такое не выдержит, и система, мягко говоря, «выйдет из строя». Где именно жахнет, сказать было трудно.

Поэтому, когда генератор загудел, выдавая энергию в катушку, Солано опустил в её фокус пруток толщиной в мизинец и запустил секундомер. Через три минуты он уже светился малиновым цветом. Через десять цвет изменился на белый, что соответствовало 1200 градусам.

Отметив время в своём журнале, Солано подключил вторую банку конденсатора. Короткая искра сообщила ему, что заряд перераспределился на две ёмкости. Впрочем второй пруток нагрелся до белого каления немножко быстрее. За ним последовало подключение третьего, четвёртого, пятого. С каждым разом скорость нагрева прутка росла, но и опасность приближалась.

Подключение шестого конденсатора уже сопровождалось яркой вспышкой дуги между ключом и медными губками. Гул у генератора стал неравномерным. Видимо, в цепи начались какие-то колебательные процессы. Поэтому Солано от греха подальше