Вопросы с двигателями временно свернул. С нашей выработкой меди и проволоки не до жиру, пока все силы на генераторы. Делаем два экспериментальных генератора, один постоянного, второй переменного тока. Нагрузкой для них будет сварка для переменного и электролизер для постоянного. Для сварочника еще нужен будет трансформатор. Но об этом будем говорить на следующих занятиях.
Неделя интенсивных занятий принесла давящую усталость, так как по ночам пересчитывал генераторы на основе экспериментальных данных и готовился к новым лекциям. Ермолай поселился со мной на чердаке, и тырил у меня черновики прямо из-под рук. Складывалось ощущение, что он опасается моей скоропостижной кончины и пытается собрать максимум информации. Намекнул ему, что не дождетесь, и двинулся в электрический цех, где обкатывали генератор постоянного тока. С генератором переменного тока проблем у нас было немного, видимо они все дожидались нас в районе коллектора генератора постоянного тока. Даже думал бросить пока его доделку и использовать только переменный генератор. А потом сделал ход конем и переложил доводку генератора на подмастерьев. Проблемы очевидные, угольные щетки быстро стачиваются и забивают зазоры коллекторного кольца, соответственно идут замыкания. После перемотки очередной сгоревшей обмотки — озвучил наш запас проводов, подходящий к концу. А литейщики еще экспериментируют с продувкой меди, и новых проводов в ближайшее время не будет. Так что, еще пару замыканий, и на сердечники буду наматывать их внутренности. Похоже, поверили. И выкрутились оригинально — поставили на вал сразу за коллекторным кольцом крыльчатку, которой продували зазоры. А угольные щетки стали набивать в бронзовых рубашках. Вопрос с перемыканием щеткой двух соседних контактов коллектора решили варварски и в лоб — добавили в коллекторное кольцо пустых контактов шириной со щетку, и теперь рабочими были каждый второй контакт, а остальные просто для сохранения геометрии кольца. Пока это опытные, а не силовые генераторы — посчитал такой выход возможным.
Ничего, большую машину будем делать многополюсной, и там будет возможность задействовать все контакты.
Как и ожидал, мои подмастерья разделились на рукастых и головастых. Первые обеспечивали работоспособность генераторов, то есть готовили для них запчасти и меняли их. Вторые занялись составлением справочника и экспериментами. Теперь с исследователями больше занимался теорией, а с практиками решали дела насущные.
Была еще и третья группа — мастера. Которые усвоили общие принципы и теперь брали меня за горло. Оружейники хотели электрозапалы для орудий, не столько потому, что так было нужно, сколько потому, что весь завод помешался на электричестве.
Литейщики требовали плавить дугой — набросал им примерно, сколько нужно будет меди на генератор величиной с пол цеха, уж не говорю, сколько будет кушать коловратная машина его вращающая. Проняло. Золотые плавки у нас получаться. Хотя, в некоторых случаях пойду и на это, если дойду до полупроводников.
Мастера кузнецы послушали мои пояснения для литейщиков и спрятали за спину листы с эскизами. Даже любопытно стало, на что они хотели мои нервные клетки убить.
Мои подмастерья-исследователи экспериментировали с электролизом. Задал им эту задачку — нащупать опытным путем параметры электролизера для разложения воды.
Про электролизер нарисовал подмастерьям целое батальное полотно, как электронная жидкость, стекая с электродов, вступала в битву с обычной жидкостью. Результат такой битвы может быть разный, и, чтоб результат получался нужный нам — добавляем в обычную жидкость разные вещества, которые становятся шпионами электрических потоков и обеспечивают им не только победу, но и чтоб обычная жидкость выполняла пожелания победителя. От того, каким будет это вещество-шпион — результат может быть разный. От того, сколько силы мы вкладываем в электроды — будет различаться размер результата, вплоть до бабаха. К счастью, подмастерья провели эксперименты без разрушительных последствий и подобрали параметры электролиза на наших экспериментальных генераторах.
Перед этим они занимались подбором параметров трансформатора для сварки на переменном токе. Стандарта для переменного тока еще не выработали, и подбирали габариты сердечника под частоту конкретного генератора, опытным путем разумеется.
Сложного в трансформаторе ничего нет — он прост и понятен. Первичная обмотка, навитая спиралью, порождает водоворот электрической реки и та, в свою очередь, порождает водоворот магнитного поля. Если, для наглядности, посмотреть на водоворот в реке, увидим, что силы водоворота изменяются в нем от максимальной силы на минимальном радиусе, ближе к центру, до минимума силы, но на большом радиусе, на периферии. Если переводить эту аналогию в электричество, то можно преобразовывать в трансформаторе электричество либо в большую силу тока на небольшом напряжении, либо в большое напряжение на маленькой силе тока. Вот такая аналогия с водоворотом.
А технически это делают, навивая разное количество витков в первичной обмотке, куда заводим преобразуемое электричество и вторичной обмотке, из которой забираем преобразованное электричество. Во сколько раз количество витков вторичной обмотки меньше, чем у первичной обмотки — во столько раз меньше будет напряжение на выходе из вторичной обмотки и больше сила тока, если, конечно, попадется подходящая нагрузка. В большую сторону это также работает. Например, на кинескопы телевизоров моего времени нужно было подать напряжение около 10 000 вольт. И ничего, трансформаторы справлялись. Делали сотню витков в первичной обмотке, и двадцать тысяч витков во вторичной. Вот и повышали напряжение с сорока до 8 тысяч вольт, лишь бы изоляция проводов это напряжение выдерживала. Но это отдельный разговор.
А в сварочных трансформаторах стоит противоположная задача, надо максимальный ток, а напряжение уже вторично, лишь бы вольт 60 на холостом ходу для зажигания дуги было, а варить можно и на 12 вольтах. Тогда в первичной обмотке наматывали пару сотен витков, а во вторичной десяток, и преобразовывали 220 вольт к 11 вольтам. Зато сила тока возрастал в 20 раз, и если через первичную обмотку проходило 5 ампер, то от вторичной можно было забрать уже 100 ампер. Этого, с грехом пополам, хватало для сварки электродом троечкой. Хотя, 200 ампер будет значительно лучше для сварки. А еще лучше, если можно будет регулировать ток от 100 до 500 ампер. На это и ориентировался.
А регулировать трансформатор очень просто — можно сделать несколько отводов от витков спирали обмотки, и включать в работу то больше, то меньше витков — и вся регулировка. Можно и более экзотические методы, вплоть до регулировки частоты. Но это не для моих возможностей.
Вот и прозвучало это слово — частота. Частота это сколько раз в секунду будут происходить всплески электричества в проводах. В генераторах переменного тока, или напряжения, как хотите — всплески происходят каждый раз, когда полюса катушки ротора проходят через полюса катушек статора. Тем самым, частоту всплесков можно регулировать, увеличивая количество этих катушек или увеличивая частоту вращения ротора. И зачем это знать? Это задачка буриданова осла.
Самый серьезный недостаток всех трансформаторов, что они не могут работать на постоянном токе. Им обязательно нужен переменный. И чем выше частота, тем компактнее можно сделать трансформатор. А чего тогда не задрать частоту на максимум? Ведь тогда все бытовые и промышленные электроприборы станут в разы меньше?
Вот это и есть два стога сена для осла. С повышением частоты больше энергии расходуется на нагрев проводов и радио излучение, как это не смешно. Если проводить аналогию, то можно представить туриста, забывшего спички и лихорадочно воспроизводящего древний способ добычи огня трением деревянной палочки. Чем чаще он трет палочку, тем сильнее она нагревается, а если будет тереть не торопясь, то палочка и через неделю холодной останется.
Зато, с повышением частоты можно через провод одного сечения пропускать больше энергии и преобразовывающие устройства получаются компактнее, начиная от трансформатора и заканчивая электродвигателем.