Начало изобретательской деятельности

Жизнь и техническое творчество создателя первого трансформатора

Павел Николаевич Яблочков – русский электротехник, военный инженер, изобретатель и предприниматель. Известен разработкой дуговой лампы (вошедшей в историю под названием «свеча Яблочкова») и создателем первого трансформатора переменного тока.

Павел родился 14 сентября 1847 года в Сердобском уезде, в семье обедневшего мелкопоместного дворянина, происходившего из старинного русского рода. С детства Павел любил конструировать. Он придумал угломерный прибор для землемерных работ, которым крестьяне Петропавловки, Байки и других окрестных сёл пользовались при земельных переделах; устройство для отсчёта пути, пройденного телегой — прообраз современных одометров.

Летом 1858 года, по настоянию жены, Н. П. Яблочков отвёз сына в Саратовскую мужскую гимназию, где после успешных экзаменов Павла зачислили сразу во второй класс. Однако в конце ноября 1862 года Николай Павлович отозвал сына из 5-го класса гимназии и увёз домой, в Петропавловку. Не последнюю роль в этом сыграло тяжёлое материальное положение семьи. Было решено определить Павла в Николаевское инженерное училище. Но для поступления туда у Павла не хватало необходимых знаний. Поэтому несколько месяцев он обучался в частном Подготовительном пансионе, который содержал военный инженер Ц. А. Кюи. Цезарь Антонович оказал большое влияние на Яблочкова, возбудил у будущего изобретателя интерес к науке. Их знакомство продолжалось до самой смерти учёного.

30 сентября 1863 года, блестяще сдав трудный вступительный экзамен, Павел Николаевич был зачислен в Николаевское училище, в младший кондукторский класс. Строгий распорядок дня и соблюдение воинской дисциплины принесли определённую пользу: Павел окреп физически, получил воинскую закалку. В августе 1866 года Яблочков окончил училище по первому разряду, получив чин инженер-подпоручика. Его назначили младшим офицером в 5-й сапёрный батальон, расквартированный в Киевской крепости. Родители мечтали видеть его офицером, самого же Павла Николаевича военная карьера не привлекала, и даже тяготила. Прослужив в батальоне немногим более года, он, сославшись на болезнь, к большому огорчению родителей, уволился с военной службы, получив при этом чин поручика.

В январе 1869 года Яблочков возвращается на военную службу. Его командируют в Техническое гальваническое заведение в Кронштадте, в то время это была единственная в России школа, которая готовила военных специалистов в области электротехники. Там П. Н. Яблочков познакомился с новейшими достижениями в области изучения и технического применения электрического тока, особенно в минном деле, основательно повысил свою теоретическую и практическую электротехническую подготовку. Через восемь месяцев, по окончании Гальванического заведения, Павел Николаевич был назначен начальником гальванической команды в тот же 5-й сапёрный батальон. Однако едва только истёк трёхлетний срок службы, он 1 сентября 1872 года уволился в запас, расставшись с армией навсегда. Незадолго перед отъездом из Киева Павел Яблочков женился.

Начало изобретательской деятельности

Уволившись в запас, П. Н. Яблочков устроился на Московско-Курскую железную дорогу начальником службы телеграфа. Уже в начале своей службы на железной дороге П. Н. Яблочков сделал своё первое изобретение: создал «черно пишущий телеграфный аппарат». К сожалению, подробности этого изобретения до нас не дошли.

Яблочков являлся членом кружка электриков-изобретателей и любителей электротехники при Московском политехническом музее. Здесь он узнал об опытах А. Н. Лодыгина по освещению улиц и помещений электрическими лампами, после чего решил заняться усовершенствованием существовавших тогда дуговых ламп. Свою изобретательскую деятельность он начал с попытки усовершенствовать наиболее распространённый в то время регулятор Фуко. Регулятор был очень сложный, действовал с помощью трёх пружин и требовал к себе непрерывного внимания.

Весной 1874 года Павлу Николаевичу представилась возможность практически применить электрическую дугу для освещения. Из Москвы в Крым должен был следовать правительственный поезд. Администрация Московско-Курской дороги в целях безопасности движения задумала осветить этому поезду железнодорожный путь ночью и обратилась к Яблочкову как инженеру, интересующемуся электрическим освещением. Он охотно дал согласие. Впервые в истории железнодорожного транспорта на паровозе установили прожектор с дуговой лампой — регулятором Фуко. Яблочков, стоя на передней площадке паровоза, менял угли, подкручивал регулятор; а когда меняли паровоз, Павел Николаевич перетаскивал свой прожектор и провода с одного локомотива на другой и укреплял их. Это продолжалось весь путь, и хотя опыт удался, он ещё раз убедил Яблочкова, что широкого применения такой способ электрического освещения получить никак не может и нужно упрощать регулятор.

Уйдя в 1874 году со службы на телеграфе, Яблочков открыл в Москве мастерскую физических приборов. Совместно с опытным электротехником Н. Г. Глуховым Яблочков занимался в мастерской усовершенствованием аккумуляторов и динамо-машины, проводил опыты по освещению большой площади огромным прожектором. В мастерской Яблочкову удалось создать электромагнит оригинальной конструкции.

Он применил обмотку из медной ленты, поставив её на ребро по отношению к сердечнику. Это было его первое изобретение, здесь же Павел Николаевич вёл работы по усовершенствованию дуговых ламп.

Наряду с опытами по усовершенствованию электромагнитов и дуговых ламп Яблочков и Глухов большое значение придавали электролизу растворов поваренной соли. Сам по себе незначительный факт сыграл большую роль в дальнейшей изобретательской судьбе П. Н. Яблочкова. В 1875 году во время одного из многочисленных опытов по электролизу параллельно расположенные угли, погружённые в электролитическую ванну, случайно, коснулись друг друга. Тотчас между ними вспыхнула электрическая дуга, на короткий миг осветившая ярким светом стены лаборатории. Именно в эти минуты у Павла Николаевича возникла идея более совершенного устройства дуговой лампы (без регулятора межэлектродного расстояния) — будущей «свечи Яблочкова».

Мировое признание

В октябре 1875 года, отправив жену с детьми в Саратовскую губернию, к родителям, Яблочков уезжает за границу с целью показать в США на всемирной выставке в Филадельфии свои изобретения и достижения русской электротехники, а заодно ознакомиться с постановкой электротехники в других странах. Однако финансовые дела мастерской окончательно расстроились, и осенью 1875 года Павел Николаевич в силу сложившихся обстоятельств оказался в Париже. Здесь он заинтересовался мастерскими физических приборов академика Л. Бреге, с аппаратами которого Павел Николаевич был знаком ещё по работе в бытность начальником телеграфа в Москве. Бреге принял русского инженера весьма любезно и предложил ему место в его фирме.

Париж стал тем городом, где Яблочков быстро достиг выдающегося успеха. Его не покидала мысль о создании дуговой лампы без регулятора. В Москве сделать это ему не удалось, но последние опыты показали, что путь этот вполне реален. К началу весны 1876 года Яблочков завершил разработку конструкции электрической свечи и 23 марта получил на неё французский патент за № 112024, содержащий краткое описание свечи в её первоначальных формах и изображение этих форм. Этот день стал исторической датой, поворотным пунктом в истории развития электро- и светотехники, звёздным часом Яблочкова.

В годы пребывания во Франции Павел Николаевич работал не только над изобретением и усовершенствованием электрической свечи, но и над решением других практических задач. Только за первые полтора года — с марта 1876 по октябрь 1877 — он подарил человечеству ряд других выдающихся изобретений и открытий. П. Н. Яблочков сконструировал первый генератор переменного тока, который, в отличие от постоянного тока, обеспечивал равномерное выгорание угольных стержней в отсутствие регулятора, первым применил переменный ток для промышленных целей, создал трансформатор переменного тока (30 ноября 1876 года, дата получения патента, считается датой рождения первого трансформатора), электромагнит с плоской обмоткой и впервые использовал статические конденсаторы в цепи переменного тока. Открытия и изобретения позволили Яблочкову первому в мире создать систему «дробления» электрического света, то есть питания большого числа свечей от одного генератора тока, основанную на применении переменного тока, трансформаторов и конденсаторов.

Вся деятельность П. Н. Яблочкова в Париже проходила в промежутках между поездками в Россию. В декабре 1892 года учёный окончательно возвращается на родину. Он привозит все свои заграничные патенты № 112024, 115703 и 120684, заплатив за них выкуп в миллион рублей — всё своё состояние. Однако Петербург его встретил холодно, точно его имя мало кому было известно. В Петербурге П. Н. Яблочков сильно заболел. Чувствовались усталость и последствия от взрыва в1884 году натровой батареи, где он чуть не погиб и перенёс после этого два инсульта. Дождавшись приезда из Парижа его второй жены Марии Николаевны и сына Платона, Яблочков уезжает с ними в Саратовскую губернию.

Из Саратова Яблочковы выехали в Аткарский уезд Саратовской губернии, где близ села Колено находилось доставшееся Павлу Николаевичу по наследству небольшое имение Двоёнки. Пробыв в нём недолго, Яблочковы направились в Сердобский уезд, чтобы поселиться в «отчем доме», а потом поехать на Кавказ. Однако родительского дома в селе Петропавловке уже не существовало, за несколько лет до приезда сюда учёного он сгорел. Пришлось поселиться у старшей сестры Екатерины и её мужа М. К. Эшлиман, поместье которых находилось в селе Иваново-Кулики.

Павел Николаевич намеревался заняться научными исследованиями, но очень скоро понял, что здесь, в глухой деревне, заняться наукой невозможно. Это заставило Яблочковых в начале зимы переехать в Саратов. Поселились они в заурядных «Центральных номерах» Очкина, на втором этаже. Его номер быстро превратился в рабочий кабинет, где учёный, большей частью ночью, когда его никто не отвлекал, работал над чертежами электроосвещения Саратова. Здоровье Яблочкова ухудшалось с каждым днём: слабело сердце, затруднялось дыхание. Болезнь сердца повлекла за собой водянку, ноги опухли и почти не двигались.

19 марта 1894 года в 6 часов утра П. Н. Яблочков скончался. 21 марта прах Павла Николаевича перевезли для похорон в родные места. 23 марта его похоронили на окраине села Сапожок в ограде Михайло-Архангельской церкви в фамильном склепе.

Виды трансформаторов

Силовой трансформатор.
Силовой трансформатор — это трансформатор, который преобразует электроэнергию в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

Автотрансформатор.
Автотрансформатор — трансформатор, где первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции между первичной и вторичной цепью. Существенным плюсом является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Трансформатор тока.
Трансформатор тока — трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А, 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.

Трансформатор напряжения.
Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА (релейная защита и автоматика). Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор.
Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса. Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор.
Разделительный трансформатор— трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или не токоведущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

Пик-трансформатор.
Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярность.