Кальман Кандо: Фазалық түрлендіргіштің изобретательі және электр локомотивтерінің пионері

Кіріспе

Венгр инженері және фазалық түрлендіргіштің ойлап табушысы (1869-1931)

Кальман Кандо де Егерфармос э Стрегова (Kálmán Egerfarmosi és sztregovai Kandó; 10 шілде 1869 – 13 қаңтар 1931) – венгр инженері, фазалық түрлендіргіштің ойлап табушысы және ауыспалы токпен жұмыс істейтін электрлік теміржол жүйесін дамытудың пионері.

Білім және отбасы

Калман Кандо 1869 жылғы 8 шілдеде Пешт қаласында ежелгі венгр ақсүйек отбасында дүниеге келді. Оның әкесі Геза Кандо (1840-1906 жж.) және анасы Ирма Гулачси (1845-1933 жж.) болды. Ол Будапешттің Лютерандық гимназиясында білімін бастады. Ата-анасы оны көп балалы мектептен кішігірім, Мор Карман құрған практикалық гимназияға ауыстырды. Ол Будапешт техникалық университетіне қабылданды. 1892 жылы механикалық инженер мамандығын бітірді. Оқуын үздік сапамен аяқтады. Кандо 1893 жылға дейін Австрия-Венгрия теңіз күштерінде ерікті болып қызмет етті. 1899 жылғы 2 ақпанда Терезварос қаласында Илона Мария Петронелла Пошқа (1880-1913) үйленді. Олардың тұңғыш баласы, сондай-ақ Кальман 1899 жылдың қысында дүниеге келді, ал қызы Илона Сара 1901 жылы дүниеге келді. 1913 жылғы 9 шілдеде оның әйелі Розснода бүйрек жетіспеушілігінен қайтыс болды. Оның ұлы Кальман әскери офицер болды. 1922 жылғы 18 қазанда оның ұлы Кальман әскери казармада тапаншамен (жағдайлары нақты емес) өз-өзіне қол жұмсады. Оның қызы Илона Мария 1923 жылғы 7 шілдеде тұрмысқа шықты, ал немересі Джордж (сондай-ақ инженер) 1924 жылғы 5 маусымда дүниеге келді.

Франция

Әскери қызметтен кейін ол 1893 жылдың күзінде Францияға сапар шекті және Fives Lille компаниясында кіші инженер болып жұмыс істеді, онда локомотивтер үшін алғашқы индукциялық моторларды жобалап және жасады. Индукциялық моторларды өндіру үшін ол толығымен жаңа есептеу әдісін әзірледі, бұл Fives Lille компаниясы үшін экономикалық AC жетекті моторларды өндіруге мүмкіндік берді. Кандо бұрынғы локомотивтердің тиімсіз синхронды электр моторларының орнына жақсырақ 3 фазалы асинхронды электр жетекті моторларын жобалады. Бір жылдың ішінде Кандо француз фирмасында электр моторларын дамыту жөніндегі бас инженер болып тағайындалды. 1894 жылы Андраш Мехварт (сол кезде Ganz and Co. компаниясының бас директоры) оны Венгрияға оралуын сұрады және Ganz Works зауытының электр техникалық бөлімінде жұмыс істеуге шақырды.

Ганц компаниясы, Будапешт

1894 жылы Кальман Кандо электр локомотивтері үшін жоғары кернеулі үш фазалы айнымалы ток моторлары мен генераторларын жасады; ол электр пойыздың әкесі ретінде танымал. Оның теміржолдарды электрлендіру жөніндегі жұмысы Будапешттегі Ganz электр зауытында жүргізілді. Кандоның 1894 жылғы алғашқы жобалары 1896 және 1898 жылдар аралығында салынған Эвиан-ле-Бен (Франция) қаласындағы қысқа үш фазалы айнымалы ток трамвайында қолданылды. Ол 37 ат күші бар асинхронды жетек жүйесімен қозғалды. 1907 жылы ол отбасымен Италияның Вадо Лигуре қаласына көшіп, Società Italiana Westinghouse компаниясында жұмысқа тұрды. Кейін ол Будапештке оралып, Ganz зауытында жұмыс істеді, онда басқарушы директор болды.

Италияда әлемдегі алғашқы электрлі темір жол желісі жобаланады

1897 жылы Кандо итальяндық теміржолдар үшін электр жүйесі мен қозғалтқыштарын жобалады, бұл электр тарту жүйесі Италияның таулы аймақтарындағы аса тік теміржол учаскелерінде үлкен артықшылықтар мен маңызға ие болды. Оның басшылығымен Ganz зауыты теміржол үшін үш фазалы жетегіш жүйе бойынша жұмыс бастады. Олардың жобасына сүйене отырып, 1902 жылы итальяндық Ferrovia della Valtellina электрлендірілді және Еуропаның алғашқы электрлендірілген магистральдық теміржолы атанды. Valtellina желісі үшін үш фазалы қуат 3000 вольтпен (кейін 3600 вольтқа дейін арттырылды) екі жоғары кернеулі желі арқылы берілді, ал жүріс рельстері үшінші фазаны қамтамасыз етті. Түйіскен жерлерде екі жоғары кернеулі желі қиылысуы керек болды, бұл өте жоғары кернеуді қолдануға кедерес келтірді. Үш фазалы, екі сымды жүйе Солтүстік Италиядағы бірнеше теміржолда қолданылды және «итальяндық жүйе» деп белгілі болды. Қазіргі таңда осы жүйені пайдаланатын теміржолдар өте аз. 1907 жылы итальяндық үкімет тағы 2000 км теміржол желісін электрлендіру туралы шешім қабылдады, сонымен қатар электр жабдықтары мен вагондар тек Италияда ғана өндірілуі керек деген шарт қойылды. Westinghouse компаниясы Кандоның патенттерін сатып алып, Ganz зауытының электр қозғалтқыштарына лицензиялық төлем жасады. Сонымен қатар, Westinghouse компаниясы Вадо Лигуреде локомотив зауытын салды және Кандоны жаңа зауыттың басшысы етіп тағайындады. Кандо шақыруды қабылдап, бірнеше венгр әріптестерімен бірге Италиядағы Вадо қаласына көшіп барды. Оның басшылығымен Италияда екі типті локомотивтер жасалды: 1500 кВт қуаты бар cinquanta және 2100 кВт қуаты бар trenta электр локомотивтері, олардың барлығы 700-ге жуық данасы өндірілді. Олардың 540-ы 1945 жылы әлі де пайдалануда болды, ал соңғы үш фазалық желі 1976 жылға дейін жұмыс істеді. Кандоның еңбегі үшін ол Италияның Тажы орденінің командирі (Commendatore dell'Ordine della Corona d'Italia) атағымен марапатталды, бірақ 1915 жылы Италия Антанта жағында Бірінші дүниежүзілік соғысқа қатысып, Австро-Венгрия монархиясына соғыс жариялағандықтан, Швейцария арқылы қашуға мәжбүр болды.

In 1897, Kandó designed an electric system and engines for the Italian railways, the electric traction system had great advantages and importance on the very steep railway tracks in the mountainous regions of Italy. Under his leadership, the Ganz factory began work on three phase haulage for railways. Based on their design, the Italian Ferrovia della Valtellina was electrified in 1902 and became Europe's first electrified main line railway. For the Valtellina line, three phase power was supplied at 3,000 volts (later increased to 3,600 volts) through two overhead lines, while the running rails supplied the third phase. At junctions, the two overhead lines had to cross and this prevented the use of very high voltages. The three phase, two wire, system was used on several railways in Northern Italy and became known as "the Italian system". There are now few railways which use this system. In 1907, the Italian government decided for the electrification of another 2000 km railway line with the restriction that the electrical equipment and rolling stock could only be manufactured in Italy. The Westinghouse Company bought up Kandó's patents and paid a license fee for the electric motors of the Ganz factory. The Westinghouse Company also built a locomotive factory in Vado Ligure, and appointed Kandó to head the new factory. Kandó accepted the invitation and moved to Vado in Italy with his several Hungarian colleagues. Two types of locomotives were developed with his leadership in Italy: a 1500 kw cinquanta and a 2100 kw trenta electric locomotives, from which altogether some 700 units were produced. 540 of these were still in service in 1945, the last three phase line worked until 1976. In honour of Kandó’s work, he was awarded with Commendatore dell'Ordine della Corona d'Italia (Commander of the Order of the Crown of Italy), but in 1915 he had to flee through Switzerland, since Italy entered World War I on the Entente side and declared war on the Austro Hungarian Monarchy.

Лондон метросының электр желісін іске қосу - моральдық жеңіске қол жеткізу

Аудандық және қалалық теміржолдарда бу локомотивтерін пайдалану нәтижесінде станциялар мен вагондарда түтін жиналды, бұл жолаушыларға ұнамады. Жиырмасыншы ғасырдың басында электрлендіру дұрыс бағыт ретінде қарастырылды. Электр жүйесіне тендер жарияланды, және ірі еуропалық және американдық компаниялар тендерді жеңіп алуға үміттене өтініш берді. Бірақ, теміржол сарапшылары Ганц зауытының жобаларын басқа еуропалық және американдық ірі бәсекелестердің ұсыныстарымен салыстырғанда, Ганц зауытының технологиясы арзан әрі сенімді деген қорытындыға келді және оның технологиясын "электрлік теміржол тартуындағы революция" деп атады. 1901 жылы метрополитендік және аудандық бірлескен комитет Ганцтың үш фазалы айнымалы ток жүйесін, жоғары сымдар арқылы қолдануды ұсынды. Бастапқыда бұл екі тараптан да бірауыздан қабылданды, бірақ аудандық теміржол жаңартуды қаржыландыру үшін америкалық Чарльз Йеркс деген инвестор тапты. Йеркс 1 миллион фунт стерлинг (1901 жылғы 1 фунт стерлинг инфляцияға байланысты £) жинады және көп ұзамай Аудандық теміржолды бақылауға алды. Алайда Йеркс классикалық тұрақты ток жүйесін жақтады, бұл Лондон қалалық және оңтүстік теміржолында, сондай-ақ Лондонның орталық теміржолында қолданылған жүйеге ұқсас еді. Метрополитен теміржолы жоспарды өзгертуге қарсылық көрсетті, бірақ Сауда кеңесінің төрелігінен кейін тұрақты ток жүйесі қабылданды.

Вена, фазалық конвертердің өнертабысы

Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде, 1916-1917 жылдары Кандо Венадағы Қорғаныс министрлігінде әскери қызметін өтеді. Ол фазалық өзгерту арқылы электрмен тасымалдаудың революциялық жүйесін жасап шығарды, онда локомотивтер ұлттық энергиямен жабдықтау жүйесінде қолданылатын стандартты, 50 айналымды, бір фазалы айнымалы токпен қуаттандырылды. Электр пойыздар жүйесінің тек қана қоғамдық желілерден электр энергиясын пайдалана алса ғана табысты болатынын бірінші болып ол түсінді. 1918 жылы Кандо ротациялық фазалық түрлендіргішті ойлап тапты және дамытты, бұл электр локомотивтеріне үш фазалы қозғалтқыштарды пайдалануға мүмкіндік берді, ал қуат беру бір ғана жоғары кернеулі сым арқылы жүзеге асырылды, ол жоғары кернеулі ұлттық желілердің қарапайым өнеркәсіптік жиілігіндегі (50 Гц) бір фазалы айнымалы токты өткізді.

Венгрия

Екі жоғары кернеу сымының қолданылуымен байланысты туындайтын мәселелерді болдырмау үшін Кандо Венгрияда пайдалануға арналған өзгертілген жүйені әзірледі. 1930 жылдары қуатты жартылай өткізгіштер ойлап табылмағандықтан, Кандо V40 локомотивтерінің жүйелері электромеханика мен электрохимияға негізделген.

Франция

Кандо 1926 жылы Париж-Орлеан желісі үшін 1,5 кВ тұрақты токпен жұмыс істейтін 2BB2 400 (fr: 2BB2 400) локомотивін жобалады, бұл сол кезде Еуропадағы ең қуатты тұрақты ток локомотивтері еді. Осы екі локомотивті Венгрияның Будапешт қаласындағы Ganz зауыты Кальман Кандоның жобасы бойынша жасап шығарды.

Ұлыбритания

Кандоның қайтысынан 8 жыл өткен соң, Ганц зауытының инженерлік бюросы бірнеше британдық тендерді жеңіп алды, олардың көпшілігі Кандоның соңғы технологияларына негізделген. Бұл жобаларды іске асыру британдық фирмаларға сеніп тапсырылды. Уэльстегі Портмадок, Бедгелерт және Оңтүстік Сноудон темір жолында, сондай-ақ Лондондағы Метрополитен темір жолында екі сымды, үш фазалы жүйені қолдану жоспарланған, бірақ Екінші дүниежүзілік соғыс басталғандықтан ешқайсысы іске аспады.

Өлім және мұра

Кальман Кандо 1931 жылғы 13 қаңтарда Будапештте күтпеген жүрек жеткіліксіздігінен қайтыс болды. Жұмыс жүктемесінің үнемі артуы, отбасылық трагедиялар тізбегі, өмірлік еңбегінің қиындықтары және фазалық өзгеріс жүйесін іске асыруға ықпал еткен шетелдік банк несиесі – бәрі бірігіп Кандоның кенеттен болған өліміне себеп болды. Ол өзі жасаған локомотивтің, өзінің шедеврінің толыққанды іске қосылуын көре алмады. 1932 жылғы 17 тамызда инженерлер алғашқы фазалық өзгеріс локомотивін, V40 001-ді сынақтан өткізді. Оның қайтысынан кейін, Ференц Ратковский мен Андор Мандидің басшылығымен, Кандо белгілеген жолмен электр локомотивтерін дамыту жалғасты. Көптеген қазіргі заманғы электр пойыздары Кандо V40 локомотивтерінде ұсынылған үш фазалы жоғары кернеулі айнымалы ток принципі бойынша жұмыс істейді, бірақ роторлық түрлендіргіш жартылай өткізгіш құрылғылармен алмастырылған. Үш фазалы электр моторлары жоғары жылдамдықтарда да үлкен тартылу күшін қамтамасыз етеді, ал IGBT жартылай өткізгіштері мен цифрлық басқаруды қолдану арқасында кез келген жылдамдықты толық тиімділікпен сақтау қиындығы жойылды. Кальман Кандоның 1895 және 1929 жылдар аралығында тіркелген патенттерінің саны 69-қа жетеді. 50-ден астам патентті локомотивтер мен вагондарды өндіретін компаниялар Ұлыбритания, АҚШ, Германия, Франция және Италия сияқты шетелдерден сатып алды. Патенттер электр теміржол моторлары, көп фазалы айнымалы ток моторлары, автоматты теміржол ажыратқыштары, жоғары кернеулі желілер, фазалық түрлендіргіштер, теміржол қауіпсіздігі техникасы және қуат беру станциялары тақырыптары бойынша топтастырылған. Мишкольц қаласында, Тисай теміржол станциясының алдындағы алаң оның атымен аталады, сондай-ақ онда кәсіптік білім беретін орта мектеп бар. Будапештте Кандо Кальман атындағы Электр техника факультеті (бұрынғы тәуелсіз техникалық колледж, қазір Обуда университетінің құрамында) да оның есімін иеленеді. 126245 Кандокальман астероиді оның құрметіне аталған.