М. О

Русский инженер-электротехник, создатель техники трехфазного электрического тока.

М.О. Доливо-Добровольский родился 2 января 1862 г. (21 декабря 1861 г. по старому стилю) в Петербурге в многодетной дворянской семье. Михаил был старшим ребенком. В 1873 г. родители переехали в Одессу. Здесь в 1878 г. Михаил окончил реальное училище, а 1 сентября 1878 г. поступил в Рижский политехнический институт. 22 июня 1881 г. за участие в антиправительственной агитации он был исключен из института без права поступления в другие высшие учебные заведения Российской империи. Для продолжения своего образования Михаил Осипович избрал Дармштадское высшее техническое училище, где уделялось особое внимание практическому применению электричества. Здесь в 1882 г. была учреждена специальная кафедра электротехники, которую возглавил профессор Эразм Киттлер, а в январе 1883 г., впервые в практике высшего образования, был введен специальный курс электротехники. В том же году Э. Киттлер открыл электротехническую лабораторию, в которой после окончания Дармштадского технического училища должность ассистента занял М.О. Доливо-Добровольский. Молодому преподавателю было поручено вести курс "Электрохимия с особым вниманием к гальванопластике и металлургии". В 1884-1885 гг. Михаил Осипович выступил на страницах журнала "Электричество" со своими статьями, в которых описал два изобретения в области электрохимии. Одно из них было связано с топливными элементами, второе касалось способа получения алюминия из его окиси при высокой температуре.

В 1887 г. М.О. Доливо-Добровольский был приглашен в фирму AEG (Allgemeine Elektricitats-Geselschaft), где проработал всю жизнь, пройдя путь от электрика до директора фирмы.

Творческая и инженерная деятельность М.О. Доливо-Добровольского была направлена на решение задач, с которыми неизбежно пришлось бы столкнуться при широком использовании электроэнергии. Работа в этом направлении в необычайно короткий срок привела к разработке трехфазной электрической системы и совершенной, в принципе не изменившейся до настоящего времени конструкции асинхронного электродвигателя.

Главная особенность асинхронного двигателя Доливо-Добровольского – ротор с обмоткой в виде беличьей клетки. Он выполнил ротор в виде стального цилиндра, а в просверленные по периферии каналы заложил медные стержни. На лобовых частях ротора эти стержни электрически соединялись друг с другом. В 1889 г. М.О. Доливо-Добровольский получил патент на свое изобретение.

Следующим шагом М.О. Доливо-Добровольского явился переход к трехфазной системе. В результате исследования различных схем обмоток ученый сделал ответвления от трех равноотстоящих точек якоря машин постоянного тока. Таким образом, были получены токи с разностью фаз 120 градусов. Таким путем была найдена связанная трехфазная система, отличительной особенностью которой являлось использование для передачи и распределения электроэнергии только трех проводов.

Весной 1889 г. М.О. Доливо-Добровольским был построен первый трехфазный асинхронный двигатель мощностью около 100 Вт. Этот двигатель питался током от трехфазного одноякорного преобразователя и при испытаниях показал вполне удовлетворительные результаты. Вслед за первым одноякорным преобразователем был создан второй, более мощный, а затем началось изготовление трехфазных синхронных генераторов. Уже в первых генераторах применялись два основных способа соединения обмоток: в звезду и треугольник. В дальнейшем М.О. Доливо-Добровольскому удалось улучшить использование статора с помощью широко применяемого в настоящее время метода, заключающегося в том, что обмотку делают разрезной и противолежащие катушки соединяют встречно.

Важным достижением М.О. Доливо-Добровольского явилось также то, что он сделал обмотку статора распределенной по всей его окружности. Вскоре он внесен еще одно усовершенствование: кольцевую обмотку статора заменил барабанной. После этого асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором приобрел современный вид.

Трехфазная система не получила бы в первые же годы своего существования столь быстрого распространения, если бы не решила проблемы передачи энергии на большие расстояния. В 1889 г. М.О. Доливо-Добровольский изобрел трехфазный трансформатор. Вначале это был трансформатор с радиальным расположением сердечников. Затем было предложено несколько конструкций так называемых "призматических" трансформаторов, в которых удалось получить более компактную форму магнитопровода. В октябре 1891 г. была сделана патентная заявка на трехфазный трансформатор с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости. В принципе, эта конструкция сохранилась до настоящего времени.

В 1914 г., когда разразилась Первая мировая война, М.О. Доливо-Добровольский, сохранивший российское гражданство, переехал в Швейцарию. В 1918 г. он вновь приехал в Берлин, предполагая вернуться к работе в фирме AEG. Однако болезнь сердца, мучившая его с детства, обострилась.

Умер М.О. Доливо-Добровольский в 1919 г.

Литература:
Album Academicum Русского политехнического института. – Запись № 1442.
Главный студенческий реестр Рижского политехнического института. – Запись № 1442.
Веселовский О.Н. Михаил Осипович Доливо-Добровольский. – М., Л.: ГЭИ, 1958.
Памяти Михаила Доливо-Добровольского, Spannung (AEG – Umschau). – Jahrgang 3. – 1929. – № 2. – S. 44.

МИХАИЛ ОСИПОВИЧ ДОЛИВО-ДОБРОВОЛЬСКИЙ

Согласно нашей традиции, мы публикуем статьи по истории электротехники. Кратко о том, кто такой Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Это электротехник конца XIX века, который изобрёл трёхфазную систему электропередачи совершенно в том самом виде, в котором мы пользуемся ею сейчас, а также изобрёл один из очень популярных типов асинхронных электромоторов, который с тех пор не изменился, и этими моторами мы тоже широко пользуемся сейчас. Почему не Тесла, который изобрёл промышленный асинхронный мотор и первым начал электрификацию США с помощью системы переменного тока? Об этом будет далее.

Фамилия читается с ударением на «и»: Доливо. Долива (Три розы) (Doliwa) – это польский дворянский герб. Википедия говорит: «Герб этот был пожалован одному витязю за отличие при крепости Ливе; роза же, как и всякий цветок в гербе воина, означает примирителя или избавителя от осады». Мне не удалось найти, какому именно витязю; один и тот же герб в Польше может принадлежать очень многим фамилиям. Так что Doliwa – это не фамилия, а название герба, и наш Добровольский из рода Добровольских (Dobrowolski) герба Doliwa. Распространённый вариант происхождения фамилии Добровольский такой: фамилию мог получить студент духовного учебного заведения за то, что поступил в учение добровольно, либо за прилежание и добрую волю к учёбе. Но в опубликованной родословной (Веселовский О.Н. Доливо-Добровольский. – М., 1963; Храмов Ю.А. Физики: Биографический справочник. – Киев, 1977. – С.129) первым известным предком значится Григорий Одынец Добровольский, владелец имения Тересполь в Люблинском воеводстве, умерший около 1563 года В 1832 году Ф.О. Доливо-Добровольскому был высочайше пожалован диплом на российское дворянство и герб.
«В верхней правой четверти золотое солнце на лазоревом поле – древний герб Волыни, где были имения Доливо-Добровольских. В верхней левой четверти на золотом поле змея, кусающая свой хвост, – символ вечности. В нижней правой четверти на червлёном поле серебряный рыцарь с поднятым мечом. В нижней левой четверти древний герб рода Долива, перевязь вправо, исполнена волнистой, на перевязи три геральдических красных розы. В центре щита золотой военный крест.
Щит увенчан шлемом с дворянской короной. В нашлемнике два чёрных орлиных крыла и серебряная рука с мечом. Слева намёт – лазоревый с серебром, справа – золотой с красным» (Часть 10 Общего гербовника дворянских родов Всероссийской империи, с.151).

М.О. Доливо-Добровольский родился в Гатчине 21 декабря 1861 года. Его отец – Осип Фролович в это время был директором Гатчинского сиротского института. Кстати, в 90-х годах XIX века в Москве он был издателем газеты «Правда». Мать Ольга Михайловна Евреинова – дочь управляющего Петергофским дворцовым правлением. Далее цитирую №118 (273) «Гатчинской районной вечёрки»: «В 1873 году семья Доливо-Добровольских переехала в Одессу. Здесь Михаил окончил реальное училище, и в сентябре 1878 года поступил в Рижский политехнический институт. За участие в антиправительственной агитации он был исключён из института без права поступления в другие высшие учебные заведения Российской империи. Для продолжения своего образования Михаил Осипович избрал Дармштадское (Германия) высшее техническое училище, где уделялось особое внимание практическому применению электричества. В 1887 году М.О. Доливо-Добровольский был приглашён в фирму AEG (Allgemeine Elektricitats-Geselschaft), где проработал всю жизнь, пройдя путь от электрика до директора фирмы».

Теперь об изобретениях. Сам М.О. Доливо-Добровольский в книге «Из истории трёхфазного тока» пишет так: «Отдельные изобретения различных изобретателей иногда наслаиваются или перекрещиваются самым причудливым образом. Приоритет в таких случаях очень трудно установить. ...С возникновением трёхфазного тока связано много имён, каждое с известным правом. Самый краткий их перечень в алфавитном порядке таков: Бредли, Венстрём, Доливо-Добровольский, Тесла, Феррарис, Хазельваедер. Но я мог бы его при небольшом усилии удвоить».

Говоря очень кратко, суть истории такова. Промышленную систему переменного тока (генератор, оборудование электропередачи и асинхронные моторы без коллектора) изобрёл Никола Тесла. Эта система была двухфазной. С июня 1888 года Тесла и Вестингауз начали работы по электрификации в США. Тесла имел патенты со всеобьемлющими формулировками, под которые подходило и другое оборудование (в частности, Доливо-Добровольского). Система Вестингауза и Теслы оказалась менее удачной, чем у Доливо-Добровольского, но это стало ясно всем, лишь когда новая система Доливо-Добровольского была запущена в 1891 году. Сразу же была запущена и «патентная война». С одной стороны, новая система была явно лучше тесловской и подлежала повсеместному внедрению, с другой стороны – чтобы её строить, надо было, согласно формулировкам тесловских патентов, платить Тесле и Вестингаузу. В этом смысле патентно чистым в новой системе был только ротор «беличья клетка». Похожая история произошла и с радиосвязью. В ходе «патентных войн» имя Николы Теслы старательно удалялось из истории электротехники.

Перейдём к технической стороне вопроса.
Вот генератор, линии и мотор Теслы:
Вот мотор Доливо-Добровольского, точнее, схематическое изображение ротора:
И вот его линии электропередачи:
(Иллюстрации взяты из Википедии)

«Изобретение Теслы знаменовало собой начало новой эры в электротехнике и вызвало к себе живейший интерес во всём мире. Уже в июне 1888 года фирма «Вестингауз Электрик Компани» купила у него за миллион долларов все патенты на двухфазную систему и предложила организовать на своих заводах выпуск асинхронных двигателей. Эти двигатели поступили в продажу в следующем году. Они были гораздо лучше и надёжнее всех существовавших до этого моделей, но не получили широкого распространения, так как оказались весьма неудачно сконструированы. Обмотка статора в них выполнялась в виде катушек, насаженных на выступающие полюса. Неудачной была и конструкция ротора в виде барабана с двумя взаимно перпендикулярными, замкнутыми на себя катушками. Всё это заметно снижало качество двигателя как в момент пуска, так и в рабочем режиме. Вскоре индукционный двигатель Теслы был значительно переработан и усовершенствован русским электротехником Доливо-Добровольским… Первым важным новшеством, которое внёс Доливо-Добровольский в асинхронный двигатель, было создание ротора с обмоткой «в виде беличьей клетки». Во всех ранних моделях асинхронных двигателей роторы были очень неудачными, и поэтому КПД этих моторов был ниже, чем у других типов электрических двигателей. (Феррарис… создал асинхронный двухфазный двигатель с КПД порядка 50% и считал это пределом.) Очень большое значение играл здесь материал, из которого изготавливался ротор, поскольку тот должен был удовлетворять сразу двум условиям: иметь малое электрическое сопротивление (чтобы индуцируемые токи могли свободно протекать через его поверхность) и иметь хорошую магнитную проницаемость (чтобы энергия магнитного поля не растрачивалась понапрасну). С точки зрения уменьшения электрического сопротивления лучшим конструктивным решением мог бы стать ротор в виде медного цилиндра. Но медь плохой проводник для магнитного потока статора, и КПД такого двигателя был очень низким. Если медный цилиндр заменяли стальным, то магнитный поток резко возрастал, но, поскольку электрическая проводимость стали меньше, чем меди, КПД опять был невысоким. Доливо-Добровольский нашёл выход из этого противоречия: он выполнил ротор в виде стального цилиндра (что уменьшало его магнитное сопротивление), а в просверленные по периферии последнего каналы стал закладывать медные стержни (что уменьшало электрическое сопротивление). На лобовых частях ротора эти стержни электрически соединялись друг с другом (замыкались сами на себя). Решение Доливо-Добровольского оказалось наилучшим. После того как он получил в 1889 году патент на свой ротор, его устройство принципиально не менялось вплоть до настоящего времени. Вслед за тем Доливо-Добровольский стал думать над конструкцией статора – неподвижной части двигателя. Конструкция Теслы казалась ему нерациональной. Поскольку КПД электрического двигателя напрямую зависит оттого, насколько полно магнитное поле статора используется ротором, то, следовательно, чем больше магнитных линий статора замыкаются на воздух (то есть не проходят через поверхность ротора), тем больше потери электрической энергии и тем меньше КПД. Чтобы этого не происходило, зазор между ротором и статором должен быть как можно меньше. Двигатель Теслы с этой точки зрения был далёк от совершенства – выступающие полюса катушек на статоре (как это видно на рисунке) создавали слишком большой зазор между статором и ротором. Кроме того, в двухфазном двигателе не получалось равномерное движение ротора. Исходя из этого, Доливо-Добровольский видел перед собой две задачи: повысить КПД двигателя и добиться большей равномерности его работы. Первая задача была несложной – достаточно было убрать выступающие полюса электромагнитов и равномерно распределить их обмотки по всей окружности статора, чтобы КПД двигателя сразу увеличилось. Но как разрешить вторую проблему? Неравномерность вращения можно было заметно уменьшить, лишь увеличив число фаз с двух до трёх. Но был ли этот путь рациональным? Получить трёхфазный ток, как уже говорилось, не представляло большого труда. Построить трёхфазный двигатель тоже было нетрудно – для этого достаточно разместить на статоре три катушки вместо двух и каждую из них соединить двумя проводами с соответствующей катушкой генератора. Этот двигатель должен был по всем параметрам быть лучше двухфазного двигателя Теслы, кроме одного момента – он требовал для своего питания шести проводов, вместо четырёх. Таким образом, система становилась чрезмерно громоздкой и дорогой. Но, может быть, существовала возможность подключить двигатель к генератору как-нибудь по-другому? …И, наконец, решение, совершенно неожиданное и гениальное по своей простоте, было найдено».

Это решение было продемонстрировано на Франкфуртской международной электротехнической выставке 1891 года. Цитирую журнал «Релейщик»
«Высоковольтная линия электропередачи (ВЛ) длиной 170 км и напряжением 15 кВ соединила ГЭС близ местечка Лауфен с городом Франкфурт-на-Майне, где проходила Международная электротехническая выставка.

В числе других элементов на ВЛ были смонтированы и устройства её защиты от повреждений. Официальный пуск ВЛ состоялся 25 августа 1891 г. Однако перед пуском ВЛ возникли неожиданные затруднения. Дело в том, что ВЛ пересекла территории четырёх германских земель, и местные власти очень опасались высокого напряжения. Люди испытывали страх перед деревянными столбами с табличками, на которых был изображён череп. Люди очень опасались обрыва провода и падения его на землю, хотя было разъяснено, что все меры безопасности предусмотрены и ВЛ надёжно защищена. Тогда М.О. Доливо-Добровольскому пришлось провести опасный, но убедительный эксперимент. На границе двух земель собрались представители местных властей. Включили ВЛ под напряжение, и на глазах у всех присутствующих искусственным путём оборвали провод, который с яркой вспышкой упал на рельсы железной дороги. М.О. Доливо-Добровольский сейчас же подошёл и поднял провод голыми руками – настолько он был уверен, что спроектированная им защита сработает надёжно. Это было первое короткое замыкание и первое правильное срабатывание реле защиты».

Теперь отметим один момент, который остался недоисследованным. Упомянутые здесь изобретатели говорили о «вращающемся магнитном поле». Либо эти слова возникли из-за тех самых войн формулировок, либо это просто образное выражение. Описанные выше моторы – и Теслы, и Феррариса, и Доливо-Добровольского – по-видимому, вращение магнитного поля не используют. Я говорю «по-видимому», потому что ротор вращающееся поле всё-таки создаёт. Статор – нет. Переключение обмоток – это не вращение поля. В самой явной форме разницу можно увидеть при рассмотрении опыта Араго (1824 год) и мотора Бейли (1879 год). В опыте Араго постоянный магнит вращается рядом с медным диском, и диск начинает вращаться вслед за магнитом. В моторе Бейли вместо постоянного магнита несколько катушек и коммутатор, который переключает ток с одной катушки на другую по кругу. Диск и здесь вращается по направлению включения очередной катушки, как если бы рядом вращался магнит. Но в статьях Теслы описаны устройства, использующие именно вращение поля – например, катушка электромагнита вращается у него вокруг продольной оси. Сегодня мы вооружены знанием про силу Лоренца и можем представить, чего ожидать от таких устройств. Но как они работают на самом деле?

Продолжение следует

Асинхронный электродвигатель трехфазного тока М.О.Доливо-Добровольского
К 90-м гг. XIX в. уже весьма глубоко была разработана теория электротехники, электрические установки того времени работали преимущественно на постоянном токе. Однако постоянный ток имеет существенный недостаток – он не поддается трансформации, то есть изменению напряжения. Многим ученым и изобретателям стало очевидным, что без переменного тока электротехника в дальнейшем развиваться не сможет. Одним из аргументов противников переменного тока было – отсутствие для него приемлемых электродвигателей. В конце 80-х гг. XIX в. одними из первых разработкой двигателей переменного тока начали заниматься итальянский физик Г. Феррарис и американский изобретатель сербского происхождения Н. Тесла. Однако созданные ими двухфазные двигатели не смогли найти эффективного практического применения из-за конструктивных недоработок, связанных с теоретическими просчетами.

Блестяще решил вопрос в пользу переменного тока наш соотечественник Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1862 – 1919) – изобретатель трехфазного асинхронного электродвигателя и разработчик основных элементов трехфазной системы переменного тока. Большую часть жизни ученый прожил вдали от Родины - в Германии. Многие годы он проработал на фирме AEG (Allgemeine Electrizitalt Gesellshaft – "Всеобщая компания электричества"), начав свою инженерную деятельность в должности шеф-электрика (главного электрика). Основанная в 1881 г. как одно из отделений предприятий американского предпринимателя и изобретателя Томаса Эдисона, к 90-х гг. XIX в. фирма стала самостоятельной, а впоследствии - одним из крупнейших электротехнических предприятий Европы.

Доливо-Добровольский установил, что для создания вращающегося магнитного поля - основы работы асинхронного двигателя - технически и экономически целесообразно применение симметричной трехфазной магнитной системы, со сдвигом фаз на 120 электрических градусов. Трехфазный асинхронный электродвигатель, изготовленный Доливо-Добровольским в 1889 г., продемонстрировал высокую эффективность и неоспоримые преимущества перед двухфазными двигателями Феррариса и Тесла. По словам изобретателя: "уже при первом включении выявилось ошеломляющее для представлений того времени действие… попытка остановить его торможением за конец вала от руки блестяще провалилась, и только при особой ловкости было возможно воспрепятствовать таким способом его запуску при включении. Если принять во внимание малые размеры моторчика, это представлялось чудом для всех приглашенных свидетелей". Несмотря на это отношение к переменному току у многих оставалось сдержанным. Корифей электротехники Т. Эдисон отказался даже осмотреть новое изобретение, заявив: «Нет, нет, переменный ток - это вздор, не имеющий будущего. Я не только не хочу осматривать двигатель переменного тока, но и знать о нем». Вскоре Доливо-Добровольскому удалось решить все основные проблемы, связанные с конструкцией двигателя, устройство которого до настоящего времени принципиально не менялось.

Первой демонстрацией практического применения асинхронного двигателя и трехфазной системы стала Международная электротехническая выставка 1891 г. во Франкфурте-на-Майне. Выставку с гидроэлектростанцией на реке Неккар в городе Лауфен соединила 170-километровая линия электропередачи. А 25 августа на выставке зажглась тысяча электроламп, питаемых током от Лауфенской электростанции. Затем был пущен трехфазный асинхронный двигатель мощностью 75 кВт, приводивший в действие декоративный дестиметровый водопад. Разработки Доливо-Добровольского вскоре были внедрены в производство. Простой, экономичный и надежный двигатель переменного тока, получил широкое распространение и послужил стимулом для развития техники переменных токов и электроэнергетики в целом. В России фирма AEG в конце 90-х гг. XIX в. развернула сеть агентств в Москве, Санкт-Петербурге, Ростове и других городах, занимавшихся реализацией изделий своих германских предприятий. Генеральное представительство этой фирмы располагалось в Москве, в Лубянском проезде, рядом с Политехническим музеем.

Трехфазный асинхронный электродвигатель типа "DR8O" мощностью 6 л.с. (4 кВт) выпуска 90-х гг. XIX в. из собрания Политехнического музея является одним из первых серийных трехфазных двигателей фирмы AEG. Об этом свидетельствует наличие кольцевой обмотки на статоре. Впоследствии от таких обмоток отказались, перейдя на более совершенные - барабанные.

Основные элементы двигателя - трехфазная обмотка статора, шихтованный ротор с короткозамкнутой обмоткой типа "беличья клетка" - предложены и разработаны Доливо-Добровольским. Работа асинхронного двигателя основана на электромагнитном взаимодействии между статором и ротором. Токи статорных обмоток создают вращающееся магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцируют токи в короткозамкнутой обмотке ротора. В результате взаимодействия токов ротора с магнитным полем статора создается вращающий момент.

Электродвигатель находится в рабочем состоянии. История его появления в Политехническом музее полностью не выяснена, однако, существует версия, что М.О. Доливо-Добровольский лично передал его в дар музею.

Доливо-Добровольский Михаил Осипович (1862-1919)

Русский инженер-электротехник, создатель техники трехфазного электрического тока.

Умер М.О. Доливо-Добровольский в 1919 г.

нДоливо-Добровольским изобретена трехфазная система переменного тока, трехфазный асинхронный двигатель, трехфазный генератор, трансформатор, трехфазная линия электропередач, фазометр, стрелочный частотомер, пусковые реостаты, схема соединения двигателей звездой и треугольником, электромагнитные амперметры и вольтметры для измерения постоянного и переменного токов, приборы для устранения помех в телефонах от электрических сетей высокого напряжения, делитель напряжения постоянного тока.

Достижения России в области электротехники связаны с именем Михаила Осиповича Доливо-Добровольского - талантливого инженера и изобретателя, который считается одним из основоположников техники применения переменных токов.

Михаил Осипович появился на свет 2 января 1862 года и стал первенцем в многодетной дворянской семье Доливо-Добровольских, проживавшей в Гатчине, а потом переехавшей в Одессу в 1873 году. Именно там прошли детство и юность будущего изобретателя.

В 1878 году он окончил реальное училище и поступил в Рижский Политехнический институт. Проучившись несколько лет, Михаил оказался замешанным в деле об анти-правительственной агитации. Добровольского исключили из института и лишили права обучаться в любом высшем учебном заведении Российской империи. Доливо-Добровольскому пришлось уехать за границу, чтобы продолжить свое образование. Он поступил в Дармштадское высшее техническое училище, в котором ученые занимались вопросами практического применения электричества. Для развития этой области науки в 1882 году была учреждена кафедра электротехники, возглавленная профессором Э. Киттлером, и введен курс электротехники (впервые в истории высшего учебного заведения). Михаил Осипович с отличием окончил высшее техническое училище и остался в нем ассистентом в недавно открывшейся электротехнической лаборатории. Позднее молодой ученый преподавал студентам курс, который назывался «Электрохимия с особым вниманием к гальванопластике и металлургии».

В 1884-1885 годах появляются первые публикации в прессе Доливо-Добровольского в области электрохимии. В журнале «Электричество» Михаил Осипович раскрыл способ получения алюминия из его окиси при высокой температуре и поведал о другом открытии, связанном с топливными элементами. Достижения молодого ученого не остались без внимания. Он стал считаться одним из самых выдающихся инженеров своего времени и был приглашен в 1887 году в немецкую фирму AEG, а через несколько лет стал ее бессменным директором до конца своей жизни.

Погрузившись в исследование электротехники и задумываясь о перспективах широкого использования электроэнергии, Доливо-Добровольский за очень короткое время пришел к изобретению трехфазной электрической системы. Экспериментируя с различными схемами обмоток, Михаил Осипович сконструировал ответвления от трех равноотстоящих точек якоря машин постоянного тока, благодаря чему получил токи с разностью фаз 120° и создал связанную систему, в которой использовалось только три провода для передачи и распределения электроэнергии.

Работая над практическим применением переменного тока, Доливо-Добровольский продолжил традиции своих знаменитых соотечественников. Впервые переменный ток для практических целей применил П. Н. Яблочков, а академик Б. С. Якоби разработал двигатель постоянного тока.

Конструкция созданного Михаилом Осиповичем асинхронного электродвигателя дошла до наших дней в практически неизменном виде. Прогрессивной особенностью изобретенного двигателя был ротор с обмоткой в виде беличьей клетки. Сам ротор представлял собой стальной цилиндр с медными стержнями, которые заложены в просверленные по периферии каналы и соединяются электрически друг с другом на лобовых частях ротора. На это изобретение Михаил Осипович получил патент в 1889 году. Весной того же года был построен первый трехфазный асинхронный двигатель. Он имел мощность 100 Вт и питался током от трехфазного одноякорного преобразователя.

Изобретенный Доливо-Добровольским двигатель прошел успешные испытания. Впоследствии был создан более мощный второй одноякорный преобразователь, после чего стали изготавливаться трехфазные асинхронные генераторы. В первых генераторах были использованы два основных способа соединения обмоток - в треугольник и в звезду. Дальнейшие испытания позволили электротехнику улучшить использование статора. Он применил способ, суть которого заключается в разрезной обмотке и соединении встречно противолежащих катушек. Этот метод широко используется и в настоящее время.

Дальнейшие достижения Доливо-Добровольского привели к появлению асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором современного вида: обмотку статора он сделал распределенной по всей его окружности, затем кольцевую обмотку статора заменил барабанной.

1889-м годом датируется и изобретение Доливо-Добровольским трехфазного трансформатора, который первоначально был с радиальным расположением сердечников. Впоследствии был сконструирован трехфазный трансформатор с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости. Именно эту конструкцию, сохранившуюся до нашего времени, Михаил Осипович запатентовал в 1891 году. В этом же году на электрической выставке во Франкфурте произошло знаменательное событие, которое считается ключевым в современной технике электропередачи, использующейся в настоящее время во всем мире.

На речке Неккар в городе Лауфен (175 км от Франкфурта) Доливо-Добровольский построил водяную турбину (мощность 300 лошадиных сил), которая приводила в движение генератор трехфазного тока. Генератор вырабатывал 200 кВт, ток поступал на трансформаторы, повышающие напряжение до 12 500 и 25 000 Вт, преодолевал по медным проводам (4 мм) расстояние в 175 км и достигал Франкфурта. Далее трансформаторы снижали напряжение до 100 Вт, которое и использовалось для питания двигателей и электрических ламп.

Успех лауфен-франкфуртской электропередачи, которая являлась первой в мире передачей переменным током, послужил началом господства переменного тока, начавшегося с 1891 года и продолжающегося до наших дней.

Трехфазная система Доливо-Добровольского в короткий срок получила очень широкое распространение. Заслуга русского инженера состоит не только в изобретении способа передачи переменного тока на большие расстояния, но в создании двигателей и других устройств, необходимых для работы трехфазного переменного тока, большинство из которых используются современными электроэнергетиками в неизменном виде.

У практического применения переменного трехфазного тока было немало противников. Даже человек с прогрессивными взглядами Т. Эдисон пытался в 80-х годах XIX века принять в Америке законы, которые должны были запретить использование переменного тока. Он сравнивал прокладку подземных кабелей переменного тока с закапыванием взрывчатых веществ. А Браун, являясь агентом Эдисона, демонстративно показывал уничтожение животных переменным током, разъезжая по городам США.

28 декабря 1899 года Доливо-Добровольский выступил на Первом Всероссийском электротехническом съезде. В докладе «Современное развитие техники трехфазного тока» он подвел некоторые итоги своей деятельности: разработка теории трансформатора, конструирование новых измерительных приборов, двигателей и других аппаратов, изучение влияния сильноточных сетей на провода связи, исследование и практическое применение электролиза.

После удачных испытаний переменный ток стал широко использоваться в различных отраслях производства, а созданные русским инженером электрические двигатели приводили в действие мостовые и подъемные краны, насосы вакуум-аппаратов, центрифуги и воздуходувки, станки в ткацкой, прядильной и металлообрабатывающей промышленностях, механизмы и машины в портах, рудниках и верфях, прокатные станы и многое др.

Несмотря на проживание за границей, Доливо-Добровольский сохранял российское гражданство. С началом Первой мировой войны в 1914 году он переехал в Швейцарию. Через 4 года знаменитый электротехник вернулся в Германию для работы в фирме AEG. Но хроническое заболевание сердца, которое было у Михаила Осиповича с детства, нарушило его планы.

В 1919 году в возрасте 57 лет Доливо-Добровольский умер. Незадолго до смерти Михаил Осипович написал работу «О пределах применимости трехфазного переменного тока для передачи электроэнергии на расстояние». Проведя исследования, он доказал, что при электропередачах большой мощности и на очень дальнее расстояние произойдет обратный переход от переменного тока к постоянному. Посвятив свою деятельность применению переменного тока, выдаю-щийся изобретатель тем не менее предвидел в будущем возвращение к постоянному току, чему мы и являемся свидетелями.

Открытия и изобретения России, Славянский Дом Книги

Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1862-1919) – российский инженер-электротехник, один из создателей устройств, работающих на трехфазном переменном токе. Ему принадлежит большое количество изобретений в области электротехники, в том числе асинхронный двигатель, дугогасительная решетка, несколько измерительных приборов. Он сумел первым в мире успешно продемонстрировать передачу трехфазного переменного тока на расстояние и доказал его преимущества.

Михаил Осипович родился 2 января 1862 года в Гатчине, став первым ребенком в многодетной семье. Его дед по отцовской линии переехал в Петербург из Польши еще в конце XVIII века и служил тайным советником. Когда мальчику было 11 лет, семья переехала в Одессу, где прошли детские и юношеские годы талантливого инженера. Здесь он на отлично окончил реальное училище, а затем поступил в Рижский университет. Но получить диплом ему было не суждено – за участие в одной из студенческих акций протеста Михаил был безжалостно отчислен без права поступить в новое учебное заведение на территории России.

Это вынудило молодого человека начать поиски места учебы за рубежом и при помощи дяди будущий изобретатель прибыл в немецкий город Дармштадт, где поступил на машиностроительный факультет местного Высшего Технического училища. Параллельно с этим Доливо-Добровольский с головой окунулся в изучение электротехники, а по окончании Альма-матер остался здесь для работы ассистентом в электротехнической лаборатории.

В этот период изобретатель начинает писать статьи, которые публикуются в специализированном издании «Электричество». Его смелые взгляды не остались незамеченными и широко обсуждались общественностью. В частности, он предлагал решительно бороться с дилетантизмом и требовал введения научного подхода в процесс технических разработок. Спустя некоторое время Михаил Осипович начал работать на одном из передовых электротехнических предприятий Эрликон из Швейцарии, а затем влился в ряды Всеобщей компании электричества (Германия), где проработал много лет.

Находясь долгие годы за рубежом, Михаил Осипович не порывал связь с Россией и при любой возможности приезжал на родину. Здесь он тесно контактировал с российскими коллегами, принимая участие в электротехнических съездах и других профессиональных форумах. После основания политехнического института в Петербурге, его планировали назначить деканом электромеханического факультета. Но из-за семейных проблем и занятости на работе приступить к обязанностям руководителя факультета он так и не смог.

Работы с асинхронным двигателем

Первые разработки Михаила Осиповича были связаны с устройствами постоянного тока. Изучая проблему в деталях, он не забывал знакомиться с новейшими теоретическими изысканиями авторитетных физиков. В частности, были глубоко изучены работы итальянского ученого Галилео Феррасиса, посвященные вращающемуся магнитному полю. Согласно его представлениям, КПД асинхронного двухфазного двигателя не превышает 50%, поэтому у такой техники нет будущего. Подобные выводы объяснялись рядом теоретических просчетов, которые впоследствии устранил русский электротехник.

Михаил Осипович сумел доказать, что для эффективной работы асинхронного двигателя понадобится вращающееся магнитное поле, которое можно создать используя трехфазную модель симметричного типа при условии сдвига фаз на 120 электрических градусов. Авторская конструкция была испытана в 1889 году и наглядно показала свое преимущество перед двухфазными аналогами Тесла и Феррариса. Как писал Доливо-Добровольский, уже в момент первого запуска удалось зафиксировать необычное для тех времен явление, когда попытки затормозить работу устройства с помощью конца вала не увенчались успехом. При этом сам моторчик имел очень скромные размеры.

В отличие от синхронных, асинхронные силовые установки начинают вращаться самостоятельно при поступлении тока. Для питания они используют три провода, соединяющихся с обмотками статора.

Однако успешные испытания не изменили мнения скептиков. Одна из главных величин мировой электротехники даже отказался взглянуть на это изобретение, в очередной раз заявив, что у переменного тока не может быть будущего. Несмотря на это автор сумел доработать устройство, которое в конструктивном плане принципиально не менялось до наших дней.

Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока разработанный Доливо-Добровольским. Рабочий экземпляр хранится в Московском Политехническом музее

Делитель напряжения

Важное значение в электротехнике получил разработанный Михаилом Осиповичем механизм деления напряжения постоянного тока с использованием «трехпроводной» системы распределения, в основе которой лежала индукционная катушка. Новое решение стало откликом на проблему, мешавшую распространению постоянного тока. Она была связана с невозможностью использования высокого напряжения при наличии ламп накаливания в сетях постоянного тока. Лампы производились для предельного напряжения не более 220 В и в сетях было недопустимо превышать эти значения.

Благодаря «трехпроводной системе», этот недостаток отчасти нивелировался. Она предоставляла возможность удваивать напряжение одновременно у зажимов питающего устройства и в сети посредством использования еще одного «уравнительного» провода малого сечения, с помощью которого соединялись зажимы ламп.

Трехфазные генераторы и трансформаторы

Доливо-Добровольский проводил огромную исследовательскую работу, связанную с функционированием генераторов переменного тока с двумя статичными обмотками и вращающейся металлической конструкцией. В этом устройстве вращательные движения совершает цилиндр, который соединен с двумя железными крестами. В процессе их вращения изменялся магнитный поток, проходящий через обмотки якоря, отчего возникала электродвижущая сила. Изобретатель и сам проектировал аналогичные приборы, но со временем точно предсказал, что их вытеснят устройства с вращающимися электромагнитами.

Одним из главных направлений деятельности изобретателя стало первое практическое использование трехфазного тока с целью передачи электричества. Явление обратимости (двигатель/генератор) магнитоэлектрических устройств находилось в центре внимания многих ученых. Но приведение в состояние механической работы одной машины постоянного тока с помощью тока другой впервые продемонстрировал французский инженер Фонтен в 1873 году на выставке в Вене. Однако широкого применения этот эксперимент не получил, так как сам автор был убежден, что способ годится лишь для передачи энергии малой мощности на короткие расстояния. Позднее над этой проблемой бились лучшие умы своего времени, но оптимальное решение удалось найти Доливо-Добровольскому.

Он предложил использовать для передачи трехфазный переменный ток, причем эта система обладает неоспоримым преимуществом перед двухфазным за счет применения только трех, а не четырех проводов. Подобная закономерность связана с особенностями трехфазного тока, где в любой момент сумма сил токов, которые движутся по трем проводам равна нулю. Подобный показатель имеют электродвижущие силы, вырабатываемые в фазах обмотки генератора. Это и позволяет использовать всего 3 провода.

Авторский трехфазный генератор переменного тока был сконструирован в 1888 году. Прибор мощностью около 3 кВт сумел привести в действие трехфазную силовую установку с кольцевидным сердечником, окруженную кольцами Грамма (проволочная обмотка в виде кольца). Но настоящий триумф был еще впереди.

В 1891 году во время франкфуртской электротехнической выставки была успешно осуществлена передача электричества между городом и Лауффенской электростанцией на реке Неккар, которые разделяет 175 км. Это событие стало первым случаем передачи электроэнергии с использованием переменного тока, став отправной точкой его окончательного превосходства. При этом трехфазная система русского изобретателя получила всеобщее признание. Доливо-Добровольский приложил немало сил для пропаганды необходимости использования трехфазного переменного тока и в итоге смог переубедить многих скептиков.

Трехфазный генератор переменного тока разработынный Доливо-Добровольским — был установлен на Лауффенской электростанции

В 1890 году Михаил Осипович предложил идею применения для трехфазных токов вместо трех трансформаторов одного устройства специальной конструкции. Его главным отличием стало наличие трех магнитных сердечников с обмоткой вместо двух. Они соединяются в конечной части ярмом кольцеобразной формы, что формирует три сцепленных магнитных потока. В целом практика показала правильность размышлений изобретателя, за исключением сверхмощных трансформаторов, в сегменте которых по ряду объективных причин по-прежнему отдается предпочтение серии однофазных устройств. В результате Доливо-Добровольский сумел спроектировать и внедрить все установки, необходимые для передачи трехфазного тока и распределения электроэнергии между потребителями.

В 1899 году он выступил на Всероссийском электротехническом съезде, где обобщил результаты своей деятельности. В частности, он рассказал о своем видении конструирования измерительных приборов, трансформаторов, двигателей и других электрических установок. Также автор доклада представил убедительные доводы в пользу трехфазного тока, главные из которых – экономичность при его передаче на большие расстояния и высокая производительность двигателей.

Другие изобретения

Доливо-Добровольский всерьез интересовался проблемой электротехнических измерений. Двигаясь в этом направлении, ему удалось создать особую разновидность электромагнитных вольтметров и амперметров, которые использовались для измерений постоянного и переменного тока. Впоследствии их начала производить фирма из Германии «Всеобщая компания электричества», где работал сам изобретатель.

В более поздних версиях электроизмерительных устройств, автор стал применять правило вращающегося магнитного поля переменного тока. Именно так сконструированы фазометры, ваттметры и частотомеры. Они характеризовались простотой использования, высокой надежностью и затем активно использовались в качестве приборов для распределительных щитов на электростанциях. В наши дни универсальная идея Доливо-Добровольского находит применение во множестве электроприборов.

Михаил Доливо-Добровольский скончался 15 ноября 1919 года в немецком городе Гейдельберге от обострившейся болезни сердца.

Михаил Осипович оставил в дар свою библиотеку электротехнической литературы Петербургскому политехническому институту.
Одним из изобретений электротехника стала дугогасительная решетка, которая нашла применение в секционных изоляторах, электромагнитных выключателях, контакторах и других электроустановках.
Несмотря на долгие годы жизни за границей, Доливо-Добровольский не отказался от российского подданства.
После успешной демонстрации возможностей асинхронного двигателя фирма AEG, в которой трудился Доливо-Добровольский, создала в России разветвленную сеть агентств, занимавшихся сбытом ее продукции.
Творческие методы Михаила Осиповича всегда были связаны с попытками найти суть ключевых физических явлений, при этом он никогда не пользовался математическим анализом.