Đường truyền ba pha đầu tiên từ Laufen đến Frankfurt

Hiện thân kỹ thuật chung nhất và đầu tiên của các nguyên tắc cơ bản của công nghệ AC là đường truyền Laufen-Frankfurt nổi tiếng, điều này rất quan trọng đối với việc tạo ra và phát triển toàn bộ công nghệ xoay chiều.

Ở khoảng cách 175 km từ Frankfurt am Main (gần thành phố Heilbronn) ở thành phố Laufen, có một nhà máy xi măng nhỏ sử dụng năng lượng của sông Neckar cho nhu cầu năng lượng của mình. Năm 1890, ý tưởng về truyền tải điện ở Frankfurt nảy sinh và nhà công nghiệp kiêm nhà phát minh người Đức Oskar von Müller (1855 - 1934) bắt đầu đàm phán với nhiều công ty về vấn đề này.

Vào cuối năm, người ta quyết định rằng nhà máy xi măng sẽ cung cấp tua-bin cho Neckar, Maschinenfabrik Oerlikon sẽ cung cấp máy phát điện cho Laufen và General Electrical Company (AEG) cung cấp động cơ điện cho Frankfurt.

Đường dây tải điện từ Laufen đến Frankfurt do hai công ty cùng sản xuất, nhưng ngay từ những bước đầu tiên, kỹ thuật điện đã gặp phải những khó khăn nhất định.Oscar von Miller và những người quảng bá khác cho hoạt động kinh doanh này đã phải vượt qua một số trở ngại do các chủ đất và doanh nghiệp dựng lên.

Nhà phát minh người Nga Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky (1861 - 1919) làm việc tại công ty AEG từ năm 1887. Khi ở công ty này, M. O. Dolivo-Dobrovolsky đã hoàn thành công trình nổi tiếng của mình về dòng điện ba pha, tác phẩm này đã khiến tác giả nổi tiếng thế giới và cách mạng hóa kỹ thuật sử dụng và truyền năng lượng điện.

Ông đã nhận được một số bằng sáng chế cho máy biến áp, động cơ và máy phát điện ba pha. Một điều thú vị nữa cần lưu ý: thiết kế máy biến áp của nó vẫn được bảo tồn cho đến gần đây trên thực tế mà không có những thay đổi cơ bản.

M. O. Dolivo-Dobrovolski

Chính Dolivo-Dobrovolski là người đầu tiên chú ý đến một giải pháp kỹ thuật giúp tiết kiệm đáng kể đường dây điện bằng đồng - sử dụng đường dây ba pha cho hệ thống truyền tải dòng điện xoay chiều. Nhờ anh ấy, một giai đoạn mới trong sự phát triển của công ty đã bắt đầu. AEG, hóa ra là người nắm giữ độc quyền các bằng sáng chế quan trọng nhất trong lĩnh vực hệ thống hiện tại mới.

Giới báo chí khoa học, kỹ thuật và kỹ thuật chính thống vào thời điểm đó đã phản ứng tiêu cực với dự án truyền tải và dự đoán rằng chỉ 5% năng lượng sẽ đến được Frankfurt. Đã có nhiều lo ngại về số phận của các đường dây điện thoại. Nói chung, đường truyền ba pha đầu tiên gặp phải sự phản kháng thù địch giống như đường sắt đầu tiên, đường truyền điện một chiều đầu tiên, v.v.

Tuy nhiên, dòng được xây dựng. Nó bao gồm ba dây dẫn bằng đồng được treo trên các cột ở độ cao 8 m. Một đường dây trên không ba pha cần khoảng 3.000 cột, 9.000 chất cách điện bằng dầu và 60 tấn dây đồng có đường kính 4 mm. Các hãng hàng không được vận hành chủ yếu bằng đường sắt.

Dòng điện được truyền dưới hiệu điện thế 8500 V (sau đó, hai loạt thí nghiệm khác đã được thực hiện trong đó điện áp của dòng được truyền tăng lên 15000 và 25000 V) từ Laufen ở Frankfurt am Main. Đường dây điện ba pha được ra mắt tại Frankfurt trong Triển lãm Kỹ thuật Điện Quốc tế năm 1891. Triển lãm này lần đầu tiên giới thiệu dòng điện ba pha như một hệ thống mới.

Toàn bộ đường truyền do AEG và Maschinenfabrik Oerlikon thiết kế và chế tạo dưới sự chỉ đạo của Oskar von Miller và Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky. Việc lắp đặt máy biến áp, máy phát điện và chất cách điện dầu được thiết kế bởi Charles Brown Jr. (1863 - 1924), một nhà thiết kế kiêm kỹ sư, nhà phát minh và doanh nhân đã để lại dấu ấn chói lọi trong lịch sử công nghệ.

Lễ ra mắt chính thức truyền tải điện ba pha cao áp đầu tiên tại Triển lãm Kỹ thuật Điện Quốc tế diễn ra vào thứ Ba, ngày 25 tháng 8 năm 1891, lúc 12 giờ trưa. Đợt phóng thử đầu tiên đã kết thúc trước đó vài ngày.

Tại Laufen, một tuabin cung cấp năng lượng cho máy phát điện ba pha Braun. Đây là một chiếc xe điển hình từ những năm 90. Thế kỷ XIX, một trong những máy phát điện ba pha đầu tiên. Ở đây nam châm điện quay trước phần ứng đứng yên bao quanh nó.

Phần ứng bao gồm 96 thanh được kết nối với nhau thành ba cuộn dây, trong đó mỗi cuộn dây thay đổi dòng điện với sự lệch pha 120 °. Dòng điện stato khi đầy tải lên tới 1400 A, đòi hỏi phải sử dụng các thanh đồng dày có đường kính gần 30 mm và cách nhiệt chịu nhiệt bằng ống amiăng.

Dòng điện kích thích do pin cung cấp được cung cấp cho rôto thông qua hai dây đồng được gắn vào các vòng lăn ở phía trước máy phát điện đến trục. Máy phát điện được đánh giá ở tốc độ 150 vòng / phút.Tần số của dòng điện xoay chiều ba pha là 40 Hz.

Máy phát điện này cung cấp dòng điện 55 V, được tăng cường bởi một máy biến áp. Tại Frankfurt, một máy biến áp khác giảm xuống còn 65 V. Hai máy biến áp làm mát bằng dầu đã được sử dụng, một máy biến áp 100 kVA của AEG và một máy biến áp 150 kVA khác của Maschinenfabrik Oerlikon.

Nhà ga ở Laufen

Tại một triển lãm điện ở Frankfurt, dòng điện được điều khiển bởi động cơ Dolivo-Dobrovolsky ba pha 100 mã lực. làng vận hành một máy bơm thủy lực cung cấp nước cho thác nước trang trí cao mười mét được chiếu sáng rực rỡ.

Đó là động cơ không đồng bộ ba pha mạnh nhất thế giới vào thời điểm đó. Ngoài ra, triển lãm còn được chiếu sáng bởi 1.000 bóng đèn điện sợi đốt bao quanh một tấm biển ở trung tâm có nội dung: "Đường dây điện Laufen-Frankfurt". Dưới đây là chiều dài của đường dây - 175 km và ở bên cạnh - tên của các công ty đã tiến hành thử nghiệm - "Oerlikon" và "AEG".

Động cơ điện Dolivo-Dobrovolski

Sơ đồ truyền tải Laufen-Frankfurt

Đường truyền Laufen-Frankfurt đã được nghiên cứu rộng rãi. Một ủy ban chuyên gia đã tiến hành kiểm tra chi tiết máy móc.

Kết luận của ủy ban này như sau: việc truyền năng lượng điện trên khoảng cách 170 km bằng dòng điện xoay chiều ở điện áp 8500 V với dây đồng trần cung cấp 68,5% đến 75,2% năng lượng được tạo ra từ Laufen đến Frankfurt. Tổn thất truyền tải được giới hạn bởi điện trở của dây dẫn. Ảnh hưởng của công suất là hoàn toàn không đáng kể. Đường truyền diễn ra suôn sẻ, an toàn và chính xác như ở điện áp vài trăm vôn và khoảng cách vài mét.

Kết luận này có tầm quan trọng lịch sử lớn, bởi vì thông qua đường truyền Laufen-Frankfurt, nó kết hợp tất cả các kết nối của kỹ thuật điện mới, bao gồm máy phát điện và động cơ ba pha, máy biến áp và điện áp xoay chiều cao áp.

Máy phát điện ba pha của Charles Brown cho thấy hiệu suất 93,5% theo các tài liệu của ủy ban xác minh. tải là 190 lít. c, Hiệu suất của máy biến áp là 96%.

Nguyên lý biến đổi cơ năng thành điện năng và biến đổi điện năng trở lại thành cơ năng, nguyên lý thể hiện trong cuộc cách mạng sản xuất điện năng, đã được đưa ra một hình thức thích hợp trong công nghệ dòng điện xoay chiều. của kỹ thuật điện ba pha.

Tại đại hội, được tổ chức đồng thời với triển lãm, M. O. Dolivo-Dobrovolsky đã thực hiện một báo cáo lớn, trong đó ông phác thảo nền tảng của lý thuyết về mạch điện ba pha. Bài phát biểu của ông là điểm khởi đầu cho nhiều công trình lý thuyết và sự phát triển tiếp theo trong ngành công nghiệp mới này.

Sự kiện quan trọng nhất của triển lãm là "Đại hội kỹ sư điện quốc tế năm 1891 tại Frankfurt am Main", diễn ra trong tuần từ ngày 7 đến ngày 12 tháng 9.

Chuyến thăm nhà máy điện ở Laufen của những người tham gia Đại hội kỹ sư điện quốc tế. Charles Brown (hàng trên, thứ tư từ phải sang). Tiền cảnh: Emile Rathenau (thứ 6 bên trái) Marcel Despres (thứ 7 bên trái), Gisbert Kapp (phía sau hai người trên), Tiến sĩ John Hopkinson (thứ 8 bên trái), ngay sau ông — Peter Emile Huber, William Henry Preece (thứ 2 từ phải sang), Giám đốc Bưu điện Friedrich Ebert (thứ nhất từ ​​phải sang).

Điểm cuối cùng trong công việc của triển lãm Frankfurt được thiết lập bởi một "báo cáo chính thức" chi tiết gồm hai tập, phản ánh tất cả các chi tiết về tổ chức, công việc và báo chí đưa tin.

Máy phát điện đã được Gram và các nhà thiết kế khác chế tạo từ những năm 1970. thế kỷ XIX. Vào những năm 1980, nhiều thiết kế mới xuất hiện (Cypernovsky, Morday, Forbes, Thomson, Ferranti, v.v.).

xe của Ferranti

Giáo sư người Ý Galileo Ferraris và một kỹ sư người Mỹ đến từ Serbia đã cố gắng hết sức để hiểu nguyên nhân của sự quay của từ trường. Nikola Tesla… Độc lập với nhau, họ đã đạt được kết quả tương tự. Gần như đồng thời, vào năm 1888, họ đã báo cáo về công việc của mình. Nikola Tesla mô tả các hệ thống nhiều pha khác nhau. Tuy nhiên, ông cũng coi hai pha là phù hợp nhất.

Nó đã được sử dụng trong nhà máy thủy điện Niagara, rất lớn vào thời điểm đó, được xây dựng ở Mỹ, cũng như trong một số công trình lắp đặt khác ở Châu Âu. Tuy nhiên, ngay sau lần chuyển dòng điện ba pha đầu tiên từ Laufen đến Frankfurt, các hệ thống ba pha phổ biến ở châu Âu đã chứng tỏ ưu điểm của chúng và buộc người Mỹ phải chuyển đổi "hệ thống Tesla" sang dòng điện ba pha.

Vào những năm 1990, họ đã chuyển từ máy phát điện xoay chiều một pha sang nhiều pha. Trong trường hợp này, công lao chính thuộc về Dolivo-Dobrovolsky - trước đó họ đã sử dụng kết nối máy một pha giá rẻ.

Sau cuộc triển lãm, máy phát điện đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho Heilbronn, do đó trở thành thành phố đầu tiên trên thế giới nhận được điện ba pha. Máy phát điện ban đầu hiện được đặt trong Bảo tàng Deutsches ở Munich.

Máy phát điện Laufen trong bảo tàng

Chúng ta có thể nói một cách an toàn rằng trong khoảng thời gian từ 1888 đến 1891tất cả các yếu tố cơ bản của hệ thống điện ba pha đã được phát triển, vẫn giữ được đầy đủ ý nghĩa của chúng và được sử dụng và phát triển rộng rãi cho đến ngày nay.

Việc truyền năng lượng điện từ Laufen đến Frankfurt am Main chứng minh một cách thuyết phục khả năng có một giải pháp cơ bản cho vấn đề phức tạp về sản xuất điện tập trung và truyền tải điện trên khoảng cách xa.

Tầm quan trọng của triển lãm ở Frankfurt còn nằm ở chỗ nó đã có tác động rất lớn đến dư luận. Những người đương thời coi triển lãm Frankfurt là một bước ngoặt quyết định trong lịch sử cung cấp điện. Kỹ thuật điện đang trở thành một ngành công nghệ hàng đầu. Các công ty AC nổi lên như những người chiến thắng và các công ty chỉ dành cho DC bắt đầu khẩn trương xin giấy phép cho công nghệ AC.

Emil Rathenau đã tổng kết thành công của việc truyền năng lượng qua một khoảng cách lớn như vậy: "Những tiến bộ gần đây sẽ cho phép chúng ta xây dựng các trung tâm sản xuất năng lượng tuyệt vời ở khắp mọi nơi—trong núi và trên bờ biển, để khai thác năng lượng của các dòng suối và thủy triều trên núi, và tại nhất - những ghềnh sông lớn - để biến chúng, cho đến nay là một sự lãng phí năng lượng, thành điện năng hữu ích, để vận chuyển nó đến bất kỳ khoảng cách nào, và ở đó để phân phối và sử dụng nó theo bất kỳ cách nào. »

Với việc chuyển thí điểm dòng điện xoay chiều ba pha từ Laufen đến Frankfurt vào năm 1891, toàn bộ quá trình điện khí hóa hiện đại đã bắt đầu.