Электрический ритм времени
Генри Эллис Уоррен родился в Бостоне 21 мая 1872 года, на самой заре электрического века. В 1894-м он окончил Массачусетский технологический институт и сразу погрузился в изобретательство. Уже через год вместе с другом Уоррен подал заявку на патент электрического термометра, способного измерять температуру в труднодоступных местах.
В 1912 году Уоррен учредил компанию Warren Clock, производящую электрические часы с питанием от батарей. В первоначальной их конструкции использовался маятник с постоянным магнитом около груза. Когда амплитуда качания падала ниже пороговой величины, напряжение с батареи подавалось на катушку и её магнитное поле подталкивало маятник. К сожалению, высокой точностью хода такие часы не отличались, а чем больше разряжалась батарея, тем сильнее они ошибались. Уоррен искал другие пути, предполагая, что проблему можно решить с помощью электромотора.
Первая попытка создать более точный электрический хронометр, предпринятая в 1915-м, вылилась в несложную конструкцию: питаемый от сети синхронный двигатель переменного тока через систему шестерёнок приводил во вращение минутную и часовую стрелки. Когда изобретатель обнаружил, что часы отстают на десять-пятнадцать минут в день, он позвонил на электростанцию компании Boston Edison и вежливо сообщил её сотрудникам, что генераторы у них работают с пониженной частотой - не добирают примерно полцикла в секунду. Те возмутились и заявили, что у них всё в порядке, поскольку измерения дают ровно шестьдесят герц. Уоррен предположил, что проблема в калибровке приборов или в методиках измерений.
На этом, к счастью, попытки выяснить истину не прекратились. Известный инженер-исследователь Роберт Хейл, всерьёз озаботившись проблемой разночтений, помог Уоррену организовать демонстрационный стенд на угольной ТЭС "L Street Station" в Бостоне. Там Уоррен разместил первичные станционные часы своего изобретения (Warren Master Station Clock). Они были запущены в опытную эксплуатацию 23 октября 1916 года.
Прецизионное энергоснабжение
Подход Уоррена к решению проблемы поражает своей дальновидностью. Частота в электрической сети оказалась нестабильной, что мешало производству часов с сетевой синхронизацией, и потому изобретатель стал искать пути стабилизировать частоту переменного тока на электростанциях.
В том же 2016-м компания Warren Clock начала производство первичных станционных часов типа "A". В них на одном циферблате были размещены чёрная и золотая стрелки, которые делали по одному полному обороту за пять минут. Чёрная стрелка приводилась в движение стандартным часовым механизмом, а золотая - синхронным электрическим двигателем через редуктор. Оперативному персоналу ТЭС было ясно: если стрелки двигаются одинаково, значит, электрогенераторы работают строго на частоте 60 Гц.
Конечно же энергетики внедряли первичные часы Уоррена не для того, чтобы помогать ему делать бизнес на бытовых часах. Индустрией двигало стремление выстроить надёжную энергосеть, где электростанции могли бы работать параллельно, резервируя друг друга. На эту тему знаменитый инженер-электрик Бенджамин Ламме в 1918 году на заседании Американского института инженеров электротехники в Вашингтоне сделал доклад «Техническая история частот». Ламме дал обзор развития технологий за предыдущие десятилетия, когда энергокомпании и производители оборудования обсуждали и внедряли различные способы измерения частоты и частотного управления генераторами.
Вторая причина внедрения первичных часов на ТЭС - это прибыль. У Уоррена была идея, что в каждом домохозяйстве должны быть электрические часы. Чем больше таких устройств, тем выше потребление энергии, которое приносит доходы энергетическим компаниям. В статье, которую Уоррен представил в 1937 году в Часовом клубе Бостона, он рассчитал, что энергоснабжающая организация могла бы зарабатывать 75 тысяч долларов в год, если бы сто тысяч её клиентов имели электрические часы (которые нуждаются в круглосуточном питании). Уоррен думал о развитии собственного предприятия и стремился привлечь энергокомпании ко взаимовыгодному сотрудничеству.
Сети всех ТЭС, соединяйтесь!
Пока быстро растущая энергетика обслуживала малое число потребителей, необходимости в общем для всех частотном стандарте не было. По мере роста спроса на электроэнергию со стороны промышленников и жителей потребность в унификации стала критически необходимой. Первичные станционные часы Уоррена появились в самое подходящее для индустрии время. Недаром впоследствии Уоррен был отмечен медалью имени Ламме «за выдающийся вклад в развитие технологий электрических часов и методов управления частотой центральных электрических станций».
Компания Warren Clock выпускала для энергетиков часы нескольких видов. Помимо модели "A" предлагались более дешёвые и менее точные станционные часы типа "B" для электростанций, не подключённых к общей сети. В 1921-м даже была разработана модель типа "C" для остававшихся в эксплуатации немногих электростанций, работавших на постоянном токе. В 1929-м была разработана модель типа "D" как измерительный прибор внутреннего пользования. Она не пошла в производство, оставаясь в виде прототипа. Последняя модель, "E", вышедшая в 1929-м, представляла собой монитор состояния синхронизации для нескольких взаимосвязанных сетей.
Наследие
Изобретения Уоррена послужили успеху американской корпорации General Electric. Ещё в 1917 году она приобрела 49-процентную долю в компании Warren Clock. Сам Уоррен продолжал трудиться там до 1943 года, пока не ушёл на пенсию. Корпорация GE использовала самозапускающиеся синхронные двигатели конструкции Уоррена в собственных часах и в разных измерительных инструментах, а также продавала лицензии на эти двигатели. В расцвет бизнеса, который пришёлся на 1926-й, компания Уоррена была переименована в Warren Telechron. На тот момент было продано двадцать миллионов часов. Их придирчивые владельцы побуждали американских энергетиков строго выдерживать номинальное значение частоты переменного тока.
Читатель наверняка знает, что после 1950-х появились кварцевые резонаторы и цифровые делители частоты, позволявшие встроить точный генератор в каждые бытовые часы. Необходимость в централизованной синхронизации отпала.
Историческое наследие Warren Clock сохраняется в компании Electric Time из Медфилда (шт. Массачусетс), которая отпочковалась от исследовательских лабораторий Warren Telechron в 1928 году. Компания по заказам предприятий выпускает часы для башен и фасадов зданий, уличные табло и другие системы. В офисе Electric Time находится музей электрических часов.
При подготовке статьи использованы материалы журнала IEEE Spectrum.
Читайте другие наши материалы
