Η πρώτη τριφασική μετάδοση από το Laufen στη Φρανκφούρτη

Η πιο γενική και πρώτη τεχνική ενσωμάτωση των αρχών που διέπουν την τεχνολογία AC ήταν η περίφημη μετάδοση Laufen-Frankfurt, η οποία είναι τόσο σημαντική για τη δημιουργία και την ανάπτυξη του συνόλου. Τεχνολογία AC.

Σε απόσταση 175 χιλιομέτρων από τη Φρανκφούρτη επί του Μάιν (κοντά στην πόλη Heilbronn) στην πόλη Laufen υπήρχε ένα μικρό εργοστάσιο τσιμέντου που χρησιμοποιούσε την ενέργεια του ποταμού Neckar για τις ενεργειακές του ανάγκες. Το 1890, προέκυψε η ιδέα της μετάδοσης ισχύος στη Φρανκφούρτη και ο Γερμανός βιομήχανος και εφευρέτης Oskar von Müller (1855 - 1934) άρχισε να διαπραγματεύεται με διάφορες εταιρείες για αυτό το θέμα.

Στο τέλος του έτους αποφασίστηκε ότι το εργοστάσιο τσιμέντου θα προμήθευε τον στρόβιλο του στο Neckar για αυτό, η Maschinenfabrik Oerlikon θα προμήθευε μια γεννήτρια στη Laufen και η General Electricity Company (AEG) έναν ηλεκτρικό κινητήρα στη Φρανκφούρτη.

Η γραμμή μεταφοράς από το Λάουφεν στη Φρανκφούρτη κατασκευάστηκε από κοινού από τις δύο εταιρείες, αλλά από τα πρώτα βήματα η ηλεκτρολόγος μηχανικός έπρεπε να αντιμετωπίσει ορισμένες δυσκολίες.Ο Oscar von Miller και άλλοι υποστηρικτές αυτής της επιχείρησης έπρεπε να ξεπεράσουν μια σειρά από εμπόδια που είχαν δημιουργηθεί από ιδιοκτήτες γης και επιχειρήσεις.

Ο Ρώσος εφευρέτης Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky (1861 - 1919) εργάστηκε στην εταιρεία AEG από το 1887. Ενώ βρισκόταν σε αυτήν την εταιρεία, ο M. O. Dolivo-Dobrovolsky ολοκλήρωσε το διάσημο έργο του για το τριφασικό ρεύμα, το οποίο έκανε τον συγγραφέα παγκοσμίως γνωστό και έφερε επανάσταση στην τεχνική χρήσης και μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας.

Έλαβε αρκετές πατέντες για τριφασικούς μετασχηματιστές, κινητήρες και γεννήτριες. Είναι επίσης ενδιαφέρον να σημειωθεί: ο σχεδιασμός του μετασχηματιστή του διατηρήθηκε μέχρι πρόσφατα πρακτικά χωρίς θεμελιώδεις αλλαγές.

M. O. Dolivo-Dobrovolski

Ήταν ο Dolivo-Dobrovolski που επέστησε πρώτος την προσοχή σε μια τεχνική λύση που οδηγεί σε σημαντική εξοικονόμηση χάλκινων γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας - τη χρήση τριφασικών γραμμών για συστήματα μετάδοσης εναλλασσόμενου ρεύματος. Χάρη σε αυτόν, ξεκίνησε ένα νέο στάδιο στην ανάπτυξη της εταιρείας. Η AEG, η οποία αποδείχθηκε ότι είναι ο μονοπωλιακός κάτοχος των σημαντικότερων διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας στον τομέα ενός νέου τρέχοντος συστήματος.

Ο κύριος επιστημονικός, τεχνικός τύπος και οι μηχανικοί κύκλοι εκείνη την εποχή αντέδρασαν αρνητικά στο έργο μεταφοράς και προέβλεψαν ότι μόνο το 5% της ενέργειας θα φτάσει στη Φρανκφούρτη. Υπήρχε μεγάλη ανησυχία για την τύχη των τηλεφωνικών γραμμών. Γενικά, η πρώτη τριφασική μετάδοση συνάντησε την ίδια εχθρική αντίσταση με τους πρώτους σιδηροδρόμους, την πρώτη μετάδοση συνεχούς ρεύματος κ.λπ.

Ωστόσο, η γραμμή είναι χτισμένη. Αποτελείται από τρεις χάλκινους αγωγούς αναρτημένους σε πόλους σε ύψος 8 μ. Μια τριφασική εναέρια γραμμή απαιτούσε περίπου 3.000 πόλους, 9.000 μονωτές λαδιού και 60 τόνους χάλκινο σύρμα διαμέτρου 4 mm. Η αεροπορική εταιρεία λειτουργούσε κυρίως σιδηροδρομικώς.

Το ρεύμα μεταδίδεται υπό τάση 8500 V (στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν δύο ακόμη σειρές πειραμάτων στα οποία η τάση του εκπεμπόμενου ρεύματος αυξήθηκε στα 15000 και 25000 V) από το Laufen στη Φρανκφούρτη του Μάιν. Η τριφασική γραμμή ρεύματος κυκλοφόρησε στη Φρανκφούρτη κατά τη διάρκεια της Διεθνούς Ηλεκτροτεχνικής Έκθεσης το 1891. Αυτή η έκθεση παρουσίασε το τριφασικό ρεύμα ως νέο σύστημα για πρώτη φορά.

Ολόκληρη η μετάδοση σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από την AEG και τη Maschinenfabrik Oerlikon υπό τις οδηγίες των Oskar von Miller και Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky. Η εγκατάσταση του μετασχηματιστή, οι γεννήτριες και οι μονωτές λαδιού σχεδιάστηκαν από τον Charles Brown Jr. (1863 — 1924), έναν σχεδιαστή και μηχανικό, εφευρέτη και επιχειρηματία που άφησε φωτεινό σημάδι στην ιστορία της τεχνολογίας.

Η επίσημη έναρξη της πρώτης τριφασικής μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης στη Διεθνή Ηλεκτροτεχνική Έκθεση έγινε την Τρίτη 25 Αυγούστου 1891, στις 12 το μεσημέρι. Η πρώτη δοκιμαστική εκτόξευση ολοκληρώθηκε λίγες μέρες νωρίτερα.

Στο Laufen, ένας στρόβιλος τροφοδοτεί μια τριφασική γεννήτρια Braun. Αυτό είναι ένα τυπικό αυτοκίνητο από τη δεκαετία του '90. XIX αιώνα, μια από τις πρώτες τριφασικές γεννήτριες. Εδώ ο ηλεκτρομαγνήτης περιστρέφεται μπροστά από τον ακίνητο οπλισμό που τον περιβάλλει.

Ο οπλισμός αποτελούνταν από 96 ράβδους διασυνδεδεμένες σε τρεις περιελίξεις, σε καθεμία από τις οποίες το ρεύμα άλλαζε με μετατόπιση φάσης 120 °. Το ρεύμα του στάτορα σε πλήρες φορτίο ήταν έως και 1400 A, κάτι που απαιτούσε τη χρήση παχιών ράβδων χαλκού με διάμετρο σχεδόν 30 mm και ανθεκτική στη θερμότητα μόνωση με χρήση σωλήνων αμιάντου.

Το ρεύμα διέγερσης που παρέχεται από τις μπαταρίες τροφοδοτείται στον ρότορα μέσω δύο χάλκινων συρμάτων που συνδέονται σε δακτυλίους κυλίνδρων στο μπροστινό μέρος της γεννήτριας στον άξονα. Η γεννήτρια είναι ονομαστική στις 150 rpm.Η συχνότητα του τριφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος ήταν 40 Hz.

Αυτή η γεννήτρια παρέχει ρεύμα 55 V, το οποίο ενισχύεται από έναν μετασχηματιστή. Στη Φρανκφούρτη, ένας άλλος μετασχηματιστής μειώθηκε στα 65 V. Χρησιμοποιήθηκαν δύο μετασχηματιστές με ψύξη λαδιού, ένας 100 kVA από την AEG και άλλος 150 kVA από τη Maschinenfabrik Oerlikon.

Σιδηροδρομικός σταθμός στο Laufen

Σε μια έκθεση ηλεκτρικών στη Φρανκφούρτη, το ρεύμα κινείται από έναν τριφασικό κινητήρα Dolivo-Dobrovolsky 100 ίππων. χωριό, το οποίο λειτουργούσε μια υδραυλική αντλία που τροφοδοτούσε με νερό τον έντονα φωτισμένο διακοσμητικό καταρράκτη δέκα μέτρων.

Ήταν ο ισχυρότερος τριφασικός ασύγχρονος κινητήρας στον κόσμο εκείνη την εποχή. Επιπλέον, η έκθεση φωτίστηκε από 1.000 ηλεκτρικούς λαμπτήρες πυρακτώσεως.Οι λαμπτήρες αυτοί περιέβαλλαν μια πινακίδα στο κέντρο που έγραφε: «Λάουφεν-Φρανκφούρτη Power Line». Παρακάτω είναι το μήκος της γραμμής - 175 km, και στο πλάι - τα ονόματα των εταιρειών που πραγματοποίησαν το πείραμα - "Oerlikon" και "AEG".

Ηλεκτροκινητήρας Dolivo-Dobrovolski

Σχέδιο μετάδοσης Laufen-Frankfurt

Η μετάδοση Laufen-Frankfurt έχει μελετηθεί ευρέως. Μια επιτροπή εμπειρογνωμόνων πραγματοποίησε λεπτομερείς δοκιμές των μηχανών.

Τα συμπεράσματα αυτής της επιτροπής είναι τα εξής: η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε απόσταση 170 km με εναλλασσόμενο ρεύμα σε τάση 8500 V με γυμνό χάλκινο σύρμα αποδίδει 68,5% έως 75,2% της ενέργειας που παράγεται στο Laufen στη Φρανκφούρτη. Οι απώλειες μετάδοσης περιορίστηκαν από την αντίσταση των καλωδίων. Η επίδραση της χωρητικότητας ήταν εντελώς αμελητέα. Η μετάδοση ήταν τόσο ομαλή, ασφαλής και σωστή όσο σε τάση αρκετών εκατοντάδων βολτ και σε απόσταση πολλών μέτρων.

Αυτό το συμπέρασμα είχε μεγάλη ιστορική σημασία, διότι μέσω της μετάδοσης Laufen-Frankfurt συνδύαζε όλες τις συνδέσεις της νέας ηλεκτρολογίας, συμπεριλαμβανομένης μιας τριφασικής γεννήτριας και κινητήρα, ενός μετασχηματιστή και τάσης AC υψηλής τάσης.

Το τριφασικό δυναμό του Charles Brown έδειξε απόδοση 93,5% σύμφωνα με τα έγγραφα της επιτροπής επαλήθευσης. το φορτίο ήταν 190 λίτρα. γ. Η απόδοση των μετασχηματιστών είναι 96%.

Η αρχή της μετατροπής της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια και της μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας πίσω σε μηχανική ενέργεια, η αρχή που ενσωματώθηκε στην επανάσταση που παράγεται από τον ηλεκτρισμό, δόθηκε μια κατάλληλη μορφή στην τεχνολογία εναλλασσόμενου ρεύματος. Η ίδια η τεχνολογία AC, ξεκινώντας από αυτή τη μετάδοση, αναπτύχθηκε με τη μορφή τριφασικών ηλεκτρολόγων μηχανικών.

Στο συνέδριο, που πραγματοποιήθηκε ταυτόχρονα με την έκθεση, ο M. O. Dolivo-Dobrovolsky έκανε μια μεγάλη έκθεση στην οποία περιέγραψε τα θεμέλια της θεωρίας των τριφασικών κυκλωμάτων ρεύματος. Η ομιλία του λειτούργησε ως αφετηρία για πολλές μεταγενέστερες θεωρητικές εργασίες και εξελίξεις στη νέα αυτή βιομηχανία.

Το σημαντικότερο γεγονός της έκθεσης ήταν το «1891 Διεθνές Συνέδριο Ηλεκτρολόγων Μηχανικών στη Φρανκφούρτη του Μάιν», που πραγματοποιήθηκε την εβδομάδα 7-12 Σεπτεμβρίου.

Επίσκεψη στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας στο Laufen από τους συμμετέχοντες του Διεθνούς Συνεδρίου Ηλεκτρολόγων Μηχανικών. Τσαρλς Μπράουν (πάνω σειρά τέταρτη από δεξιά). Πρώτο πλάνο: Emile Rathenau (6ος αριστερά) Marcel Despres (7ος αριστερά), Gisbert Kapp (πίσω από τους δύο παραπάνω), Dr. John Hopkinson (8ος αριστερά), ακριβώς πίσω του — Peter Emile Huber, William Henry Preece (2ος από δεξιά), Ο Ταχυδρόμος Φρίντριχ Έμπερτ (1ος από δεξιά).

Το τελευταίο σημείο στο έργο της έκθεσης της Φρανκφούρτης τέθηκε από μια λεπτομερή δίτομη «επίσημη έκθεση», με όλες τις λεπτομέρειες που αντικατοπτρίζουν την οργάνωση, το έργο και την κάλυψη του Τύπου.

Οι εναλλάκτες έχουν κατασκευαστεί από τη Gram και άλλους σχεδιαστές από τη δεκαετία του 1970. XIX αιώνα. Στη δεκαετία του 1980 εμφανίστηκαν πολλά νέα σχέδια (Cypernovsky, Morday, Forbes, Thomson, Ferranti κ.λπ.).

Το αυτοκίνητο του Ferranti

Ο Ιταλός καθηγητής Galileo Ferraris και ένας Αμερικανός μηχανικός από τη Σερβία έκαναν τα περισσότερα για να κατανοήσουν τους λόγους της περιστροφής του μαγνητικού πεδίου. Νίκολα Τέσλα… Ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον, έφτασαν σε παρόμοια αποτελέσματα. Σχεδόν ταυτόχρονα, το 1888, έκαναν αναφορά για το έργο τους. Ο Νίκολα Τέσλα περιγράφει διάφορα πολυφασικά συστήματα. Θεωρεί όμως και τη διφασική ως την καταλληλότερη.

Υιοθετήθηκε στο υδροηλεκτρικό εργοστάσιο του Νιαγάρα, που ήταν τεράστιο για την εποχή του, που κατασκευάστηκε στην Αμερική, καθώς και σε αρκετές άλλες εγκαταστάσεις στην Ευρώπη. Ωστόσο, λίγο μετά την πρώτη μεταφορά τριφασικού ρεύματος από το Laufen στη Φρανκφούρτη, τα τριφασικά συστήματα που είναι κοινά στην Ευρώπη απέδειξαν τα πλεονεκτήματά τους και ανάγκασαν τους Αμερικανούς να μετατρέψουν τα «συστήματα Tesla» σε τριφασικό ρεύμα.

Στη δεκαετία του 1990, άλλαξαν από μονοφασικές γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος σε πολυφασικές. Σε αυτή την περίπτωση, η κύρια πίστωση ανήκει στον Dolivo-Dobrovolsky - πριν από αυτόν χρησιμοποιούσαν μια φθηνή σύνδεση μονοφασικών μηχανών.

Μετά την έκθεση, η γεννήτρια χρησιμοποιήθηκε για την τροφοδοσία του Heilbronn, η οποία έγινε έτσι η πρώτη πόλη στον κόσμο που έλαβε τριφασικό ρεύμα. Η αρχική γεννήτρια στεγάζεται επί του παρόντος στο Deutsches Museum στο Μόναχο.

Γεννήτρια Laufen στο μουσείο

Μπορούμε με ασφάλεια να πούμε ότι την περίοδο από το 1888 έως το 1891αναπτύχθηκαν όλα τα βασικά στοιχεία ενός τριφασικού ηλεκτρικού συστήματος, τα οποία έχουν διατηρήσει πλήρως τη σημασία τους και χρησιμοποιούνται και αναπτύσσονται ευρέως σήμερα.

Η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας από το Laufen στη Φρανκφούρτη επί του Μάιν καταδεικνύει πειστικά τη δυνατότητα μιας θεμελιώδους λύσης στο σύνθετο πρόβλημα της κεντρικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και της μετάδοσής της σε μεγάλες αποστάσεις.

Η σημασία της έκθεσης στη Φρανκφούρτη έγκειται επίσης στο γεγονός ότι είχε τεράστιο αντίκτυπο στην κοινή γνώμη. Οι σύγχρονοι θεωρούν την έκθεση της Φρανκφούρτης ως μια αποφασιστική καμπή στην ιστορία της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Η ηλεκτρολογική μηχανική γίνεται κορυφαία τεχνολογία. Οι εταιρείες εναλλασσόμενου ρεύματος αναδείχθηκαν νικητές και οι εταιρείες μόνο DC άρχισαν επειγόντως να αποκτούν άδειες για την τεχνολογία AC.

Ο Emil Rathenau συνόψισε την επιτυχία της μετάδοσης ενέργειας σε τόσο μεγάλη απόσταση: «Οι πρόσφατες εξελίξεις θα μας επιτρέψουν να οικοδομήσουμε υπέροχα κέντρα παραγωγής ενέργειας παντού - στα βουνά και στην ακτή, για να αξιοποιήσουμε την ενέργεια των ορεινών ρευμάτων και παλίρροιων, και στο τα περισσότερα - τα μεγάλα ορμητικά ποτάμια - για να τα μετατρέψει, μέχρι τότε σπατάλη ενέργειας, σε χρήσιμο ηλεκτρισμό, να το μεταφέρει σε οποιαδήποτε απόσταση, και εκεί να το διανείμει και να το χρησιμοποιήσει με οποιονδήποτε τρόπο. »

Με την πιλοτική μεταφορά του τριφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος από το Laufen στη Φρανκφούρτη το 1891, ξεκίνησε όλη η σύγχρονη ηλεκτροδότηση.