Pierwsza w historii trójfazowa transmisja z Laufen do Frankfurtu

Najbardziej ogólnym i pierwszym technicznym urzeczywistnieniem zasad leżących u podstaw technologii AC była słynna transmisja Laufen-Frankfurt, tak ważna dla powstania i rozwoju całego Technologia AC.

W odległości 175 km od Frankfurtu nad Menem (w pobliżu miasta Heilbronn) w mieście Laufen znajdowała się mała cementownia, która wykorzystywała energię rzeki Neckar do swoich potrzeb energetycznych. W 1890 roku zrodziła się idea przesyłu mocy we Frankfurcie, a niemiecki przemysłowiec i wynalazca Oskar von Müller (1855 — 1934) zaczął w tej sprawie negocjować z różnymi firmami.

Pod koniec roku zdecydowano, że cementownia dostarczy w tym celu turbinę do Neckar, Maschinenfabrik Oerlikon dostarczy generator do Laufen, a General Electricity Company (AEG) silnik elektryczny do Frankfurtu.

Linia przesyłowa z Laufen do Frankfurtu została wyprodukowana wspólnie przez obie firmy, ale od pierwszych kroków elektrotechnika musiała stawić czoła pewnym trudnościom.Oscar von Miller i inni promotorzy tego biznesu musieli pokonać szereg przeszkód stawianych przez właścicieli ziemskich i przedsiębiorców.

Rosyjski wynalazca Michaił Osipowicz Doliwo-Dobrowolski (1861 — 1919) pracował w firmie AEG od 1887 roku. W tej firmie M. O. Dolivo-Dobrovolsky ukończył swoją słynną pracę nad prądem trójfazowym, która przyniosła autorowi światową sławę i zrewolucjonizowała technikę wykorzystania i przesyłania energii elektrycznej.

Otrzymał kilka patentów na transformatory trójfazowe, silniki i generatory. Warto również zauważyć, że jego konstrukcja transformatora zachowała się do niedawna praktycznie bez zasadniczych zmian.

MO Dolivo-Dobrovolski

To właśnie Dolivo-Dobrovolski jako pierwszy zwrócił uwagę na rozwiązanie techniczne prowadzące do znacznych oszczędności w miedzianych liniach elektroenergetycznych - wykorzystanie linii trójfazowych do systemów przesyłowych prądu przemiennego. Dzięki niemu rozpoczął się nowy etap w rozwoju firmy. AEG, która okazała się monopolistą najważniejszych patentów w zakresie nowego obecnego systemu.

Ówczesna prasa naukowa, techniczna i inżynierska głównego nurtu zareagowała negatywnie na projekt przesyłu i przewidywała, że ​​do Frankfurtu dotrze tylko 5% energii. Było wiele obaw o los linii telefonicznych. Ogólnie rzecz biorąc, pierwsza transmisja trójfazowa spotkała się z takim samym wrogim oporem jak pierwsza kolej, pierwsza transmisja prądu stałego i tak dalej.

Jednak linia jest zbudowana. Składa się z trzech miedzianych przewodów zawieszonych na słupach na wysokości 8 m. Trójfazowa linia napowietrzna wymagała około 3000 słupów, 9000 izolatorów olejowych i 60 ton drutu miedzianego o średnicy 4 mm. Linia lotnicza obsługiwana była głównie koleją.

Prąd przesyłany jest pod napięciem 8500 V (przeprowadzono wtedy jeszcze dwie serie eksperymentów, w których napięcie przesyłanego prądu wzrosło do 15000 i 25000 V) z Laufen we Frankfurcie nad Menem. Trójfazowa linia energetyczna została uruchomiona we Frankfurcie podczas Międzynarodowej Wystawy Elektrotechnicznej w 1891 roku. Wystawa ta po raz pierwszy zademonstrowała prąd trójfazowy jako nowy system.

Cała przekładnia została zaprojektowana i zbudowana przez AEG i Maschinenfabrik Oerlikon pod kierunkiem Oskara von Millera i Michaiła Osipowicza Dolivo-Dobrovolsky'ego. Instalację transformatorową, generatory i izolatory olejowe zaprojektował Charles Brown Jr. (1863 — 1924), projektant i inżynier, wynalazca i przedsiębiorca, który pozostawił jasny ślad w historii techniki.

Oficjalne uruchomienie pierwszego trójfazowego przesyłu energii elektrycznej wysokiego napięcia na Międzynarodowej Wystawie Elektrotechnicznej miało miejsce we wtorek 25 sierpnia 1891 r. o godzinie 12.00. Pierwszy testowy start zakończył się kilka dni wcześniej.

W Laufen turbina zasila trójfazowy generator Brauna. To typowy samochód z lat 90. XIX wiek, jeden z pierwszych generatorów trójfazowych. Tutaj elektromagnes obraca się przed nieruchomą zworą, która go otacza.

Twornik składał się z 96 prętów połączonych ze sobą w trzech uzwojeniach, z których każdy zmieniał prąd z przesunięciem fazowym o 120 °. Prąd stojana przy pełnym obciążeniu dochodził do 1400 A, co wymagało zastosowania grubych prętów miedzianych o średnicy prawie 30 mm oraz izolacji termicznej z rur azbestowych.

Prąd wzbudzenia dostarczany przez akumulatory jest dostarczany do wirnika przez dwa miedziane druty, które są przymocowane do pierścieni rolkowych z przodu generatora do osi. Generator jest oceniany na 150 obr./min.Częstotliwość trójfazowego prądu przemiennego wynosiła 40 Hz.

Ten generator zapewnia prąd o wartości 55 V, który jest wzmacniany przez transformator. We Frankfurcie kolejny transformator obniżono do 65 V. Zastosowano dwa transformatory chłodzone olejem, jeden 100 kVA firmy AEG, a drugi 150 kVA firmy Maschinenfabrik Oerlikon.

Dworzec kolejowy w Laufen

Na wystawie elektrycznej we Frankfurcie prąd jest napędzany trójfazowym silnikiem Dolivo-Dobrovolsky o mocy 100 KM. wieś, która obsługiwała pompę hydrauliczną dostarczającą wodę do jaskrawo oświetlonego dziesięciometrowego ozdobnego wodospadu.

Był to wówczas najpotężniejszy trójfazowy silnik asynchroniczny na świecie. Dodatkowo wystawę oświetlało 1000 żarówek elektrycznych, które otoczyły pośrodku napis: „Linia energetyczna Laufen-Frankfurt”. Poniżej długość linii – 175 km, a z boku – nazwy firm, które przeprowadziły eksperyment – ​​„Oerlikon” i „AEG”.

Silnik elektryczny Dolivo-Dobrovolski

Schemat przesyłu Laufen-Frankfurt

Transmisja Laufen-Frankfurt była szeroko badana. Komisja ekspertów przeprowadziła szczegółowe testy maszyn.

Wnioski tej komisji są następujące: przesyłanie energii elektrycznej na odległość 170 km prądem przemiennym o napięciu 8500 V gołym drutem miedzianym dostarcza od 68,5% do 75,2% energii wytwarzanej w Laufen do Frankfurtu. Straty transmisji były ograniczone rezystancją przewodów. Wpływ pojemności był całkowicie pomijalny. Transmisja była równie płynna, bezpieczna i poprawna jak przy napięciu kilkuset woltów i odległości kilku metrów.

Wniosek ten miał ogromne znaczenie historyczne, ponieważ dzięki przesyłowi Laufen-Frankfurt połączył wszystkie połączenia nowej elektrotechniki, w tym trójfazowy generator i silnik, transformator i wysokie napięcie prądu przemiennego.

Zgodnie z dokumentami komisji weryfikacyjnej trójfazowe dynamo Charlesa Browna wykazało sprawność 93,5%. ładunek wynosił 190 litrów. c. Sprawność transformatorów wynosi 96%.

Zasada zamiany energii mechanicznej na elektryczność i zamiany energii elektrycznej z powrotem na energię mechaniczną, zasada ucieleśniona w rewolucji wywołanej elektrycznością, uzyskała odpowiednią formę w technice prądu przemiennego. Sama technologia prądu przemiennego, poczynając od tego przesyłu, rozwinęła się pod postacią elektrotechniki trójfazowej.

Na kongresie, który odbył się równolegle z wystawą, M. O. Dolivo-Dobrovolsky sporządził duży raport, w którym nakreślił podstawy teorii obwodów prądu trójfazowego. Jego przemówienie posłużyło jako punkt wyjścia dla wielu późniejszych prac teoretycznych i rozwoju tej nowej branży.

Najważniejszym wydarzeniem wystawy był „Międzynarodowy Kongres Inżynierów Elektryków 1891 we Frankfurcie nad Menem”, który odbył się w tygodniu 7-12 września.

Zwiedzanie elektrowni w Laufen przez uczestników Międzynarodowego Kongresu Inżynierów Elektryków. Charles Brown (górny rząd czwarty od prawej). Na pierwszym planie: Emile Rathenau (6. od lewej) Marcel Despres (7. od lewej), Gisbert Kapp (za dwoma powyżej), dr John Hopkinson (8. od lewej), tuż za nim — Peter Emile Huber, William Henry Preece (2. od prawej), Poczmistrz Friedrich Ebert (1. od prawej).

Ostatnim punktem prac wystawy we Frankfurcie był szczegółowy, dwutomowy „oficjalny raport”, we wszystkich szczegółach odzwierciedlający jej organizację, pracę i relacje prasowe.

Alternatory zostały zbudowane przez Grama i innych projektantów od lat 70. XX wieku. XIX wiek. W latach 80. pojawiło się wiele nowych projektów (Cypernovsky, Morday, Forbes, Thomson, Ferranti itp.).

samochód Ferrantiego

Włoski profesor Galileo Ferraris i amerykański inżynier z Serbii zrobili najwięcej, aby zrozumieć przyczyny wirowania pola magnetycznego. Nikola Tesla… Niezależnie od siebie osiągnęli podobne wyniki. Niemal jednocześnie, w 1888 r., złożyli sprawozdanie ze swojej pracy. Nikola Tesla opisuje różne systemy wielofazowe. Uważa jednak również, że dwufazowy jest najbardziej odpowiedni.

Przyjęto ją w ogromnej jak na swoje czasy hydroelektrowni Niagara, wybudowanej w Ameryce, a także w kilku innych instalacjach w Europie. Jednak wkrótce po pierwszym przeniesieniu prądu trójfazowego z Laufen do Frankfurtu powszechne w Europie systemy trójfazowe dowiodły swoich zalet i zmusiły Amerykanów do przestawienia „układów Tesli” na prąd trójfazowy.

W latach 90. przestawili się z jednofazowych generatorów prądu przemiennego na wielofazowe. W tym przypadku główna zasługa należy do Dolivo-Dobrovolsky'ego - przed nim korzystali z taniego połączenia maszyn jednofazowych.

Po wystawie generator służył do zasilania Heilbronn, który tym samym stał się pierwszym miastem na świecie, które otrzymało prąd trójfazowy. Oryginalny generator znajduje się obecnie w Deutsches Museum w Monachium.

Generator Laufena w muzeum

Można śmiało powiedzieć, że w okresie od 1888 do 1891 ropracowano wszystkie podstawowe elementy trójfazowego układu elektrycznego, które w pełni zachowały swoje znaczenie i są dziś szeroko stosowane i rozwijane.

Przesył energii elektrycznej z Laufen do Frankfurtu nad Menem w przekonujący sposób pokazuje możliwość fundamentalnego rozwiązania złożonego problemu scentralizowanej produkcji energii elektrycznej i jej przesyłu na duże odległości.

Znaczenie wystawy we Frankfurcie polega również na tym, że wywarła ona ogromny wpływ na opinię publiczną. Współcześni uważają wystawę we Frankfurcie za decydujący punkt zwrotny w historii zaopatrzenia w energię elektryczną. Elektrotechnika staje się wiodącą technologią. Firmy AC wyłoniły się jako zwycięzcy, a firmy działające wyłącznie na prądzie stałym zaczęły pilnie pozyskiwać licencje na technologię AC.

Emil Rathenau podsumował sukces przesyłania energii na tak duże odległości: „Ostatnie postępy pozwolą nam wszędzie budować wspaniałe ośrodki wytwarzania energii – w górach i nad brzegiem morza, wykorzystywać energię górskich potoków i pływów, a w najbardziej – wielkie bystrza rzeczne – aby przekształcić je, dotychczas marnowaną energię, w użyteczną elektryczność, transportować ją na dowolne odległości, a tam rozprowadzać i wykorzystywać w dowolny sposób. »

Wraz z pilotażowym przeniesieniem trójfazowego prądu przemiennego z Laufen do Frankfurtu w 1891 r. Rozpoczęła się cała nowoczesna elektryfikacja.