Ensimmäinen kolmivaiheinen voimansiirto Laufenista Frankfurtiin

AC-tekniikan taustalla olevien periaatteiden yleisin ja ensimmäinen tekninen suoritusmuoto oli kuuluisa Laufen-Frankfurt-vaihteisto, joka on niin tärkeä kokonaisuuden luomisen ja kehityksen kannalta. AC-tekniikka.

175 km:n etäisyydellä Frankfurt am Mainista (lähellä Heilbronnin kaupunkia) Laufenin kaupungissa oli pieni sementtitehdas, joka käytti energiatarpeisiinsa Neckar-joen energiaa. Vuonna 1890 syntyi ajatus voimansiirrosta Frankfurtissa ja saksalainen teollisuusmies ja keksijä Oskar von Müller (1855-1934) alkoi neuvotella eri yritysten kanssa tästä asiasta.

Vuoden lopussa päätettiin, että sementtitehdas toimittaa tätä varten turbiininsa Neckariin, Maschinenfabrik Oerlikon toimittaa generaattorin Laufenille ja General Electricity Company (AEG) sähkömoottorin Frankfurtiin.

Laufenista Frankfurtiin kulkevan voimajohdon tuottivat kaksi yritystä yhdessä, mutta ensimmäisistä vaiheista lähtien sähkötekniikka joutui kohtaamaan tiettyjä vaikeuksia.Oscar von Miller ja muut tämän liiketoiminnan edistäjät joutuivat voittamaan joukon maanomistajien ja yritysten asettamia esteitä.

Venäläinen keksijä Mihail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky (1861-1919) työskenteli AEG-yhtiössä vuodesta 1887. Tässä yrityksessä M. O. Dolivo-Dobrovolsky viimeisteli kuuluisan kolmivaihevirtatyönsä, joka teki kirjailijasta maailmankuulun ja mullisti sähköenergian käyttö- ja siirtotekniikan.

Hän sai useita patentteja kolmivaihemuuntajille, moottoreille ja generaattoreille. On myös mielenkiintoista huomata: sen muuntajan rakenne on säilynyt viime aikoihin asti käytännössä ilman perustavanlaatuisia muutoksia.

M. O. Dolivo-Dobrovolski

Dolivo-Dobrovolski kiinnitti ensimmäisenä huomion tekniseen ratkaisuun, joka johti merkittäviin säästöihin kuparivoimalinjoissa - kolmivaihejohtojen käyttöön vaihtovirtasiirtojärjestelmissä. Hänen ansiostaan ​​alkoi uusi vaihe yrityksen kehityksessä. AEG, joka osoittautui uuden nykyisen järjestelmän tärkeimpien patenttien monopoliksi.

Valtavirran tieteellinen, tekninen lehdistö ja insinööripiirit suhtautuivat tuolloin negatiivisesti siirtoprojektiin ja ennustivat, että vain 5 % energiasta saapuisi Frankfurtiin. Puhelinlinjojen kohtalosta oltiin paljon huolta. Yleensä ensimmäinen kolmivaiheinen siirto kohtasi saman vihamielisen vastuksen kuin ensimmäiset rautatiet, ensimmäinen tasavirtasiirto ja niin edelleen.

Linja on kuitenkin rakennettu. Se koostuu kolmesta kuparijohtimesta, jotka on ripustettu pylväisiin 8 m korkeudella. Kolmivaiheiseen ilmajohtoon tarvittiin noin 3 000 napaa, 9 000 öljyeristettä ja 60 tonnia halkaisijaltaan 4 mm kuparilankaa. Lentoyhtiö liikennöi pääasiassa rautateitse.

Virta välitetään 8500 V:n jännitteellä (silloin suoritettiin vielä kaksi koesarjaa, joissa siirrettävän virran jännite nousi 15000 ja 25000 V:iin) Laufenista Frankfurt am Mainissa. Kolmivaiheinen voimajohto otettiin käyttöön Frankfurtissa kansainvälisen sähkötekniikan näyttelyn aikana vuonna 1891. Näyttely esitteli kolmivaihevirtaa uutena järjestelmänä ensimmäistä kertaa.

Koko voimansiirron suunnitteli ja rakensi AEG ja Maschinenfabrik Oerlikon Oskar von Millerin ja Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolskyn johdolla. Muuntajaasennuksen, generaattorit ja öljyeristimet on suunnitellut Charles Brown Jr. (1863 - 1924), suunnittelija ja insinööri, keksijä ja yrittäjä, joka jätti valon jäljen tekniikan historiaan.

Ensimmäisen kolmivaiheisen suurjännitteisen sähkövoimansiirron virallinen lanseeraus kansainvälisessä sähkötekniikan näyttelyssä tapahtui tiistaina 25. elokuuta 1891 kello 12.00. Ensimmäinen testikäynnistys päättyi muutamaa päivää aikaisemmin.

Laufenissa turbiini syöttää kolmivaiheista Braun-generaattoria. Tämä on tyypillinen auto 90-luvulta. XIX vuosisadalla, yksi ensimmäisistä kolmivaihegeneraattoreista. Tässä sähkömagneetti pyörii sitä ympäröivän kiinteän ankkurin edessä.

Ankkuri koostui 96 tangosta, jotka oli yhdistetty kolmeen käämiin, joista jokaisessa virta muuttui 120 °:n vaihesiirrolla. Staattorin virta täydellä kuormalla oli jopa 1400 A, mikä edellytti paksujen, halkaisijaltaan lähes 30 mm:n kuparitankojen käyttöä ja lämmönkestävää eristystä asbestiputkilla.

Akkujen tuottama viritysvirta syötetään roottoriin kahden kuparilangan kautta, jotka on kiinnitetty generaattorin etuosassa akseliin kiinnitettyihin rullarenkaisiin. Generaattorin nopeus on 150 rpm.Kolmivaiheisen vaihtovirran taajuus oli 40 Hz.

Tämä generaattori tuottaa 55 V:n virran, jota tehostetaan muuntajalla. Frankfurtissa toinen muuntaja laski 65 V:iin. Käytössä oli kaksi öljyjäähdytteistä muuntajaa, yksi 100 kVA AEG:ltä ja toinen 150 kVA Maschinenfabrik Oerlikonilta.

Juna-asema Laufenissa

Frankfurtin sähkönäyttelyssä virtaa ohjaa 100 hv:n kolmivaiheinen Dolivo-Dobrovolsky-moottori. kylä, joka käytti hydraulipumppua, joka toimitti vettä kirkkaasti valaistuun kymmenen metrin koristeelliseen vesiputoukseen.

Se oli tuolloin maailman tehokkain kolmivaiheinen asynkroninen moottori. Lisäksi näyttelyä valaisi 1000 hehkulamppua, joiden keskellä oli kyltti, jossa luki: "Laufen-Frankfurt Power Line". Alla on linjan pituus - 175 km, ja sivulla - kokeen suorittaneiden yritysten nimet - "Oerlikon" ja "AEG".

Dolivo-Dobrovolski sähkömoottori

Laufen-Frankfurt siirtokaavio

Laufen-Frankfurt-vaihteistoa on tutkittu laajasti. Asiantuntijakomitea suoritti koneiden yksityiskohtaiset testit.

Tämän komission johtopäätökset ovat seuraavat: sähköenergian siirto 170 km:n matkalla vaihtovirralla 8500 V:n jännitteellä paljaalla kuparilangalla tuottaa 68,5–75,2 % Laufenissa tuotetusta energiasta Frankfurtiin. Lähetyshäviöitä rajoitti johtojen vastus. Kapasiteetin vaikutus oli täysin mitätön. Lähetys oli yhtä sujuvaa, turvallista ja oikeaa kuin useiden satojen volttien jännitteellä ja useiden metrien etäisyydellä.

Tällä johtopäätöksellä oli suuri historiallinen merkitys, sillä Laufen-Frankfurt-vaihteiston kautta se yhdisti kaikki uuden sähkötekniikan liitännät, mukaan lukien kolmivaihegeneraattorin ja moottorin, muuntajan ja korkeajännitteisen vaihtovirtajännitteen.

Charles Brownin kolmivaiheisen dynamon tehokkuus oli 93,5 % tarkastuskomissioasiakirjojen mukaan. kuorma oli 190 litraa. c. Muuntajien hyötysuhde on 96 %.

Sähkön tuottaman vallankumouksen ilmentymä periaate mekaanisen energian muuntamisesta sähköksi ja sähköenergian takaisin mekaaniseksi energiaksi sai sopivan muodon vaihtovirtatekniikassa, itse AC-tekniikka, alkaen tästä siirrosta, kehittyi muotoon. kolmivaiheinen sähkötekniikka.

Kongressissa, joka pidettiin samanaikaisesti näyttelyn kanssa, M. O. Dolivo-Dobrovolsky teki laajan raportin, jossa hän hahmotteli kolmivaiheisten virtapiirien teorian perusteita. Hänen puheensa toimi lähtökohtana monille myöhemmille teoreettisille töille ja tämän uuden alan kehitykselle.

Näyttelyn tärkein tapahtuma oli "1891 International Congress of Electrical Engineers at Frankfurt am Main", joka pidettiin viikolla 7.-12.9.

Kansainvälisen sähköinsinöörien kongressin osallistujien vierailu Laufenin voimalaitoksella. Charles Brown (ylärivi neljäs oikealta). Etualalla: Emile Rathenau (6. vas.) Marcel Despres (7. vas.), Gisbert Kapp (edellä olevien kahden takana), tohtori John Hopkinson (8. vas.), juuri hänen takanaan – Peter Emile Huber, William Henry Preece (2. oikealta), Postimestari Friedrich Ebert (1. oikealta).

Frankfurtin näyttelyn työskentelyn viimeisen pisteen asetti yksityiskohtainen kaksiosainen "virallinen raportti", joka kaikilta osin kuvastaa sen organisaatiota, työtä ja lehdistöä.

Gram ja muut suunnittelijat ovat rakentaneet vaihtovirtageneraattoreita 1970-luvulta lähtien. XIX vuosisadalla. 1980-luvulla ilmestyi monia uusia malleja (Cypernovsky, Morday, Forbes, Thomson, Ferranti jne.).

Ferrantin auto

Italialainen professori Galileo Ferraris ja serbialainen amerikkalainen insinööri tekivät eniten ymmärtääkseen syitä magneettikentän pyörimiseen. Nikola Tesla… He saavuttivat samanlaisia ​​tuloksia toisistaan ​​riippumatta. Melkein samanaikaisesti, vuonna 1888, he raportoivat työstään. Nikola Tesla kuvaa erilaisia ​​monivaihejärjestelmiä. Hän pitää kuitenkin myös kaksivaiheista sopivimpana.

Se otettiin käyttöön Amerikassa rakennetussa Niagaran vesivoimalassa, joka oli aikansa suuri, ja useissa muissa laitoksissa Euroopassa. Kuitenkin pian sen jälkeen, kun ensimmäinen kolmivaiheinen virta siirrettiin Laufenista Frankfurtiin, Euroopassa yleiset kolmivaihejärjestelmät osoittivat etunsa ja pakottivat amerikkalaiset muuttamaan "Tesla-järjestelmät" kolmivaihevirraksi.

1990-luvulla he siirtyivät yksivaiheisista vaihtovirtageneraattoreista monivaiheisiin. Tässä tapauksessa pääasiallinen luotto kuuluu Dolivo-Dobrovolskylle - ennen häntä he käyttivät halpaa yksivaiheisten koneiden liitäntää.

Näyttelyn jälkeen generaattoria käytettiin sähkönlähteenä Heilbronnin, josta tuli näin ensimmäinen kaupunki maailmassa, joka sai kolmivaiheista sähköä. Alkuperäinen generaattori sijaitsee tällä hetkellä Deutsches Museumissa Münchenissä.

Laufen-generaattori museossa

Voimme turvallisesti sanoa, että ajanjaksolla 1888-1891kehitettiin kaikki kolmivaiheisen sähköjärjestelmän peruselementit, jotka ovat täysin säilyttäneet merkityksensä ja joita käytetään ja kehitetään nykyään laajalti.

Sähköenergian siirto Laufenista Frankfurt am Mainiin osoittaa vakuuttavasti mahdollisuuden perustavanlaatuiseen ratkaisuun monimutkaiseen keskitetyn sähköntuotannon ja sen siirron pitkiä matkoja koskevaan ongelmaan.

Frankfurtin näyttelyn merkitys piilee myös siinä, että sillä oli valtava vaikutus yleiseen mielipiteeseen. Aikalaiset pitävät Frankfurtin näyttelyä ratkaisevana käännekohtana sähköntoimituksen historiassa. Sähkötekniikasta on tulossa johtava tekniikka. AC-yritykset nousivat voittajiksi, ja vain tasavirtaa käyttävät yritykset alkoivat kiireellisesti hankkia lisenssejä AC-teknologiaan.

Emil Rathenau tiivisti onnistumisen energian siirtämisessä näin pitkän matkan päähän: "Viimeaikaiset edistysaskeleet antavat meille mahdollisuuden rakentaa upeita energiaa tuottavia keskuksia kaikkialle – vuorille ja merenrantaan, jotta voimme hyödyntää vuoristovirtojen ja vuorovesien energiaa sekä eniten - suuria jokikoskia - muuttaa ne, tähän asti energian haaskausta, hyödylliseksi sähköksi, kuljettaa sitä minne tahansa etäisyydelle ja siellä levittää ja käyttää sitä millä tahansa tavalla. »

Kun kolmivaiheinen vaihtovirta pilotoitiin Laufenista Frankfurtiin vuonna 1891, kaikki nykyaikainen sähköistys alkoi.