Najznačajniji izumi

Nikola Tesla je zahvaljujući svojim izumima postao svetski naučnik. Koliko je tačno Teslinih pronalazaka bilo izlišno je govoriti. Neki izumi su naišli na razumevanje patentne komisije i bili zavedeni u američkom patentnom zavodu. Međutim dosta njih je ostalo nepatentirano.

Tesla se bavio elektrotehnikom u raznim oblastima, gde god je postojala i najmanja mogućnost za njenu primenu. Zbog toga postoji raznovrsnost oblasti Teslinih pronalazaka. Tu spadaju najpre elektrotehnika, a odmah zatim i mašinstvo. Teslini pronalasci su takođe bili primenjivani i u oblastima telekomunikacija i medicine.

Neki od najpoznatijih izuma su: Teslin transformator (i generator) struja visoke frekvencije, poznat kao Teslin oscilator; indukcioni motor (poznat kao asinhroni motor); teledirigovani čamac (čamac sa daljinskim navođenjem); sijalice; prenos električne energije na daljinu bežičnim purem.

Svakako najveći doprinos elektrotehnici je iz oblasti energetike. Tesla je izmislio naizmeničnu struju.

Naizmenična struja ima velike prednosti nad jednosmernom. Jedna od prednosti jeste smanjenje gubitaka prilikom prenosa električne energije od elektrana do krajnjih potrošača, što je veoma važno. Gubici u prenosu zavise od kvadrata jačine struje, odnosno gubici rastu sa kvadratom struje. Zato je potrebno imati što manju struju kroz prenosnu mrežu. Naizmeničnu struju je najlakše umanjiti ugradnjom transformatora koji podižu napon, a samim tim smanjuju struju, jer njihova snaga zavisi od proizvoda napona i struje.

Tesla je uzeo tri kalema i prostorno ih pomerio za trećinu kruga,kroz te kalemove je propustio svoju naizmeničnu struju. Da bi video šta je uradio, uzeo je jedno jaje (veštačko naravno) i stavio ga unutar sistema. Jaje je počelo da rotira oko svoje aksijalne ose i to na svom vrhu. Ovakav sistem tri kalema se naziva trofazni sistem.Trofazni sistem naizmeničnih struja najlakše stvara obrtno elektromagnetno polje, na čijem principu i danas rade asinhroni (indukcioni) motori, koji ne moraju imati provodnike na svom rotoru.

Kako naizmenična struja menja svoju vrednost tokom vremena, ona je u jednom trenutku jednaka nuli. Ova činjenica olakšava isključenje struje, što je takodje bitno za očuvanje opreme, jer struje mogu biti veoma velike. Inače, struja u toku jedne periode (koja traje 20ms ili pedeseti deo sekunde) tri puta bude jednaka nuli.

Kao „drugi“ bitan pronalazak, isto toliko važan, jeste Teslin indukcioni motor, danas poznatiji kao asinhroni motor. Motor ima ulogu da električnu energiju koju dovodimo na krajeve njegovog statora, pretvori uz pomoć elektromagnetnog obrtnog polja u mehaničku energiju koja se manifestuje obrtanjem rotora.

Kako asinhroni motor radi?

Vrlo jednostavno. Na kralemove statora se dovodi naizmenična struja koja stvara promenljivo elektromagnetno polje. Kada se neki provodni element (parče gvoždja, bekarni provodnik idr.) nađe u promenljivom elektromagnetnom polju na njegovim krajevima se indukuje elektromotorna sila (ems) i kroz njega protiču struje. Kada kroz provodnik protiče struja, na njega deluje sila koja teži da ga pomeri. Ovo se upravo odigrava u gvožđu i na provodnicima.

Zašto je Teslin indukcioni motor tako poseban?

Poseban je zato što na njegovom rotoru nema namotaja (kao i na modelu Teslinog jajeta), a rotor se ipak okreće.

Dakle, Teslin indukcioni motor se sastoji od:

-         magnetskog kola (gvožđe statora i rotora),

-         električnog kola (bakarni namotaji na statoru).

Prvi Teslin indukcioni motor bio je dvofazni i bez žlebova po unutrašnjem obimu statora. Ovo nije bilo dobro, jer sva sila koja je trebala da pokreće rotor delovala je na provodnike umesto na magnetno kolo rotora. To je bio veliki problem, jer  te sile nisu male. Ovaj teslin motor bio je napajan, u početku, bio napajan naizmeničnom strujom od 133Hz. Bio je konstruisan sa istaknutim polovima. Sa Vestinghausom je sklopio ugovor od 250 000$ + 2,5$/KS (dolara po konjskoj snazi). Naravno, ovo nije dugo trajalo, pa je Tesla morao da se odrekne dodatka od 2,5$/KS na zahtev (molbu) Vestinghausa koji je već počeo da grca u dugovima.

Danas se asinhroni motori izrađuju za velike opsege snaga i brzina. Mogu biti snage do nekoliko desetina MW, a brzina obrtanja može dostići brzine od približno 3000 obrtaja u minuti. Bitna osobina ovih motora je u tome što povlače iz mreže od 6 do 10 puta veće struje od nominalne koju ima pri stalnom radu. Ovo je veoma težak udar za mrežu. Zato se asinhroni motori puštaju u rad preko nekih dodatnih uređaja. Savremeni asinhroni motori se sada izrađuju uglavnom kao trofazni. Oko 99% motora danas u svetu su trofazni i jednofazni asinhroni motori. Pored asinhronog motora sa kaveznim rotorom, postoji i motor sa namotanim rotorom koji ima namotaje od bakra na svom rotoru.

Nakon raskida ugovora sa Vestinghausom, Tesla počinje rad u oblasti struja visokih frekvencija.

Napravio je kalem sastavljen od nekoliko rezonantnih oscilatornih kola. Tesla je konstruisao mnogo različitih

oscilatora koji se dosta razlikuju u konstrukciji

Prvi teslin kalem je bio napracvljen od staklene posude dimenzija 6 x 8 inča sa 60 do 80 navojaka. U se nalazi primar koji se sastoji od 8 do 10 navojaka, i cela kombinacija je potopljena u posudu sas mineralnim uljem.

Na osnovu ranijih istraživanja drugih naučnika, Tesla je razvio seriju različitih kalemova koji su davali struju visokog napona i visoke frekvencije. U većini svojih eksperimenata koristio je mašine koje je sam izumeo. Prvi kalemovi su radili na principu proboja u zoni električnog luka (vazdušni prostor koji se na slici 6 nalazi između kuglastih elektroda). Ovo se isto može postići primenom Ramkorfovog kalema, dva kondenzatora i još jednog specijalno konstruisanog namotaja između čijih krajeva se dešava proboj.