Изобретение динамо-машины
Осенью 1866 года Вернеру Сименсу исполнилось 50 лет. Приблизительно к этому времени относится его самое значительное изобретение – он разрабатывает принцип действия динамоэлектрической машины.
Этой проблемой Сименс интересовался издавна, со времени прокладки линий в России. Уже тогда он хотел получать постоянный электрический ток и более высокое напряжение без применения гальванических батарей, только механическими способами. В 1856 году, сконструировав двойное Т-образное якорное устройство, он открыл принцип устройства приборов, обеспечивающих производство постоянного тока. Практически эта мысль впервые воплотилась несколько позже – в магнитных стрелочных телеграфных аппаратах, поставленных фирмой Сименса для государственной Баварской железной дороги, а также в других приборах, например, в сигнальных индукторах для железной дороги, позднее – в телефонных аппаратах и запальных взрывателях.
Осенью 1866 года Сименс снова стал интенсивно заниматься этой проблемой. Он построил индуктор, в котором при движении Т-образного двойного якоря между полюсным наконечником и электромагнитом из мягкого железа оставался небольшой зазор. Электроток, полученный во вращающемся якоре, он применял для возбуждения магнитного поля, образовав таким образом замкнутую цепь из обмотки якоря, обмотки возбудителя и внешним участком цепи. Для взаимного усиления тока в якоре и магнитного поля вполне хватало остаточного магнетизма.
И хотя многие изобретатели, например, датчанин Сорен Йорт, венгр Аньош Йедлик, англичанин Альфред Варли и Чарльз Уитстон работали над этой проблемой независимо друг от друга, в одно и то же время или опережая друг друга, в пользу Сименса говорит то, что ему первому стало совершенно очевидным значение открытия динамоэлектрического принципа, или принципа самовозбуждения. Он убедительно изложил свои научные выводы, непосредственно связанные с этим открытием, в докладе, зачитанном профессором Густавом Магнусом 17 января 1867 года в Берлинской Академии наук, который закончил его следующими словами: “В настоящее время техника получила возможность вырабатывать электрический ток любой силы дешевым и удобным способом везде, где есть свободная механическая энергия. Этот факт будет иметь большое значение для многих областей техники”.
Если первоначальной целью Сименса было получение более высокого напряжения для передачи сообщений, то с изобретением динамо-машины появился источник энергии, обеспечивавший гораздо большую силу тока, которую можно было использовать для освещения и привода механизмов. Понимая это, Сименс должен был последовательно и интенсивно заниматься разработкой практического использования сильноточной техники.
Интересно проследить за тем, как открытая в 1831 году Фарадеем индукция, стала физической основой сильноточной техники. Пиксии, Якоби, Давенпорт, Вагнер и многие другие десятилетиями пытались сконструировать машины, работающие на этом принципе. Но только Сименсу удалось на основе открытого им принципа самовозбуждения обосновать экономически возможность применения техники сильных токов.
Решить задачу поддержания молодой развивающейся техники сильных токов физическими и математическими расчетами удалось англичанам Максвеллу и Гопкинсу.
После 1866 года прошло много времени – целых 12 лет, – прежде чем динамо-машина была построена и внедрена в практику. В эти годы были разработаны не только теоретические основы этого открытия, но пройден первый, самый трудный период становления; повсеместно начали проводиться практические работы, создавшие основу для значительных конструктивных усовершенствований созданного аппарата.
Сначала производство динамо-машин не было прибыльным, а чтобы оно могло “дозреть” и начать развиваться, фирма должна была зарабатывать необходимые деньги в ставших для нее уже традиционными областях: в строительстве телеграфных линий, изготовлении и укладке морского кабеля, а после 1870 года в новой развивающейся отрасли – сигнализации на железнодорожном транспорте.
“Siemens Brothers” и телеграфная линия в Индию
Опираясь на накопленный уже опыт строительства телеграфных линий в России, фирма братьев Сименс в 1868 году приступила к осуществлению задачи, которая по своей масштабности считалась в то время одной из самых смелых в техническом отношении – прокладке индоевропейской телеграфной линии. Эту задачу можно было без труда приравнять к таким мировым достижениям, как строительство первой трансамериканской железнодорожной линии от Нью-Йорка до Сан-Франциско, строительство Суэцкого канала, существенно сократившего морской путь в Индию, а в области средств передачи информации проложенная наконец в 1866 году постоянная трансатлантическая кабельная линия.
Уже с середины 50-х годов в Англии возникла потребность в единой и надежной в эксплуатации телеграфной линии. Синайское восстание в Индии в 1857 году убедительно показало британскому правительству, какое значение имеют постоянно действующие средства передачи информации.
Вильяму О'Шагнесси, руководившему в Индии строительством сети телеграфных линий, королевой Англии был пожалован рыцарский титул. Именно с ним несколько лет назад вел переговоры о телеграфной связи между Европой и Азией Вильям Сименс. Тогда еще не пришло время для этого проекта, сейчас оно как будто бы наступило.
Братья Сименсы, которые уже с 1865 года выступали под международной маркой “Siemens Brothers”, увидели, что они могут предложить британскому правительству свои услуги по сооружению этой дальней телеграфной линии, которая должна играть очень важную роль в экономическом, политическом и военном аспектах. С технической стороны Вернер Сименс намеревался использовать совершенно новую систему, имевшую протяженность примерно в 11000 км и проходившую от Лондона через города Берлин – Торунь – Одесса -Керчь – Тифлис – Тегеран – Бушир – Карачи до Калькутты. Никакие другие средства связи, известные в то время, ни наиболее распространенные аппараты Морзе, ни введенные с 1855 года печатающие аппараты Хьюза не могли обеспечить связи на линии такой протяженности; их мощности не хватало даже для участка длиной 6000 км между Лондоном и Тегераном. Специально для этого Сименс сконструировал особый телеграфный аппарат с записывающим устройством, работавший по принципу поляризованного реле и имевший чувствительность, свойственную реле. Этот аппарат должен был обеспечивать не только передачу телеграммы от одного пункта к другому, с целью контроля осуществлялась также запись передаваемой телеграммы.