De allereerste driefasige transmissie van Laufen naar Frankfurt

De meest algemene en eerste technische belichaming van de principes die ten grondslag liggen aan AC-technologie was de beroemde Laufen-Frankfurt-transmissie, die zo belangrijk is voor de creatie en ontwikkeling van het geheel AC-technologie.

Op een afstand van 175 km van Frankfurt am Main (nabij de stad Heilbronn) in de stad Laufen stond een kleine cementfabriek die de energie van de rivier de Neckar gebruikte voor zijn energiebehoefte. In 1890 ontstond in Frankfurt het idee van krachtoverbrenging en de Duitse industrieel en uitvinder Oskar von Müller (1855 — 1934) begon hierover met verschillende bedrijven te onderhandelen.

Aan het einde van het jaar werd besloten dat de cementfabriek hiervoor zijn turbine aan Neckar zou leveren, Maschinenfabrik Oerlikon een generator zou leveren aan Laufen en de General Electricity Company (AEG) een elektromotor aan Frankfurt.

De transmissielijn van Laufen naar Frankfurt werd gezamenlijk geproduceerd door de twee bedrijven, maar vanaf de eerste stappen stuitte de elektrotechniek op bepaalde moeilijkheden.Oscar von Miller en andere initiatiefnemers van dit bedrijf moesten een aantal obstakels overwinnen die waren opgeworpen door landeigenaren en bedrijven.

De Russische uitvinder Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky (1861 - 1919) werkte vanaf 1887 in het bedrijf AEG. Terwijl hij in dit bedrijf was, voltooide M. O. Dolivo-Dobrovolsky zijn beroemde werk over driefasige stroom, waardoor de auteur wereldberoemd werd en een revolutie teweegbracht in de techniek van het gebruik en de overdracht van elektrische energie.

Hij ontving verschillende patenten voor driefasige transformatoren, motoren en generatoren. Het is ook interessant om op te merken: het ontwerp van de transformator is tot voor kort praktisch zonder fundamentele wijzigingen bewaard gebleven.

MO Dolivo-Dobrovolski

Het was Dolivo-Dobrovolski die voor het eerst de aandacht vestigde op een technische oplossing die tot aanzienlijke besparingen in koperen elektriciteitsleidingen leidde: het gebruik van driefasige leidingen voor wisselstroomtransmissiesystemen. Dankzij hem begon een nieuwe fase in de ontwikkeling van het bedrijf. AEG, dat monopoliehouder bleek te zijn van de belangrijkste patenten op het gebied van een nieuw huidig ​​systeem.

De reguliere wetenschappelijke, technische pers en technische kringen reageerden destijds negatief op het transmissieproject en voorspelden dat slechts 5% van de energie Frankfurt zou bereiken. Er was veel bezorgdheid over het lot van de telefoonlijnen. Over het algemeen stuitte de eerste driefasige transmissie op dezelfde vijandige weerstand als de eerste spoorwegen, de eerste gelijkstroomtransmissie, enzovoort.

De lijn is echter gebouwd. Het bestaat uit drie koperen geleiders opgehangen aan palen op een hoogte van 8 m. Voor een driefasige bovenleiding waren ongeveer 3.000 palen, 9.000 olie-isolatoren en 60 ton koperdraad met een diameter van 4 mm nodig. De luchtvaartmaatschappij werd voornamelijk per spoor geëxploiteerd.

De stroom wordt overgedragen onder een spanning van 8500 V (vervolgens werden nog twee reeksen experimenten uitgevoerd waarbij de spanning van de uitgezonden stroom toenam tot 15000 en 25000 V) vanuit Laufen in Frankfurt am Main. De driefasige hoogspanningslijn werd gelanceerd in Frankfurt tijdens de Internationale Elektrotechnische Tentoonstelling in 1891. Deze tentoonstelling demonstreerde voor het eerst driefasige stroom als een nieuw systeem.

De gehele transmissie is ontworpen en gebouwd door AEG en Maschinenfabrik Oerlikon onder leiding van Oskar von Miller en Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky. De transformatorinstallatie, generatoren en olie-isolatoren zijn ontworpen door Charles Brown Jr. (1863 — 1924), een ontwerper en ingenieur, uitvinder en ondernemer die een duidelijke stempel heeft gedrukt op de geschiedenis van de techniek.

De officiële lancering van de eerste driefasige hoogspanningstransmissie op de Internationale Elektrotechnische Tentoonstelling vond plaats op dinsdag 25 augustus 1891 om 12.00 uur. De eerste testlancering eindigde een paar dagen eerder.

Bij Laufen voedt een turbine een driefasige Braun-generator. Dit is een typische auto uit de jaren 90. XIX eeuw, een van de eerste driefasige generatoren. Hier roteert de elektromagneet voor het stationaire anker eromheen.

Het anker bestond uit 96 staven die onderling verbonden waren in drie wikkelingen, in elk waarvan de stroom veranderde met een faseverschuiving van 120°. De statorstroom bij vollast was maximaal 1400 A, wat het gebruik van dikke koperen staven met een diameter van bijna 30 mm en hittebestendige isolatie met asbestbuizen vereiste.

De bekrachtigingsstroom die door de batterijen wordt geleverd, wordt aan de rotor geleverd via twee koperdraden die aan rolringen aan de voorkant van de generator aan de as zijn bevestigd. De generator heeft een nominaal toerental van 150 tpm.De frequentie van de driefasige wisselstroom was 40 Hz.

Deze generator levert een stroom van 55 V, die wordt versterkt door een transformator. In Frankfurt stapte een andere transformator terug naar 65 V. Er werden twee oliegekoelde transformatoren gebruikt, een 100 kVA van AEG en nog eens 150 kVA van Maschinenfabrik Oerlikon.

Station Laufen

Op een elektrobeurs in Frankfurt wordt de stroom aangedreven door een 100 pk sterke driefasige Dolivo-Dobrovolsky-motor. dorp, dat een hydraulische pomp aandreef die water leverde voor de helder verlichte tien meter hoge decoratieve waterval.

Het was destijds de krachtigste driefasige asynchrone motor ter wereld. Bovendien werd de tentoonstelling verlicht door 1.000 elektrische gloeilampen, die een bord in het midden omringden met de tekst: "Laufen-Frankfurt Power Line". Hieronder staat de lengte van de lijn - 175 km, en aan de zijkant - de namen van de bedrijven die het experiment hebben uitgevoerd - "Oerlikon" en "AEG".

Dolivo-Dobrovolski elektromotor

Laufen-Frankfurt transmissieschema

De transmissie van Laufen-Frankfurt is uitgebreid bestudeerd. Een commissie van deskundigen heeft de machines uitvoerig getest.

De conclusies van deze commissie zijn als volgt: de transmissie van elektrische energie over een afstand van 170 km door wisselstroom op een spanning van 8500 V met blanke koperdraad levert 68,5% tot 75,2% van de opgewekte energie van Laufen naar Frankfurt. Transmissieverliezen werden beperkt door de weerstand van de draden. Het effect van capaciteit was volledig te verwaarlozen. De transmissie verliep zo soepel, veilig en correct als bij een spanning van enkele honderden volt en een afstand van enkele meters.

Deze conclusie was van groot historisch belang, omdat het via de Laufen-Frankfurt-transmissie alle aansluitingen van de nieuwe elektrotechniek combineerde, inclusief een driefasige generator en motor, een transformator en hoogspanningswisselspanning.

De driefasige dynamo van Charles Brown vertoonde volgens documenten van de verificatiecommissie een rendement van 93,5%. de lading was 190 liter. C. Het rendement van de transformatoren is 96%.

Het principe van het omzetten van mechanische energie in elektriciteit en het weer omzetten van elektrische energie in mechanische energie, het principe belichaamd in de revolutie van elektriciteit, kreeg een adequate vorm in de wisselstroomtechnologie. De wisselstroomtechnologie zelf ontwikkelde zich, beginnend met deze transmissie, onder de vorm van driefasige elektrotechniek.

Op het congres, dat gelijktijdig met de tentoonstelling werd gehouden, maakte M. O. Dolivo-Dobrovolsky een groot rapport waarin hij de grondslagen schetste van de theorie van driefasige stroomcircuits. Zijn toespraak diende als uitgangspunt voor vele latere theoretische werken en ontwikkelingen in deze nieuwe industrie.

Het belangrijkste evenement van de tentoonstelling was het "International Congress of Electrical Engineers 1891 in Frankfurt am Main", dat plaatsvond in de week van 7-12 september.

Bezoek aan de energiecentrale in Laufen door de deelnemers aan het International Congress of Electrical Engineers. Charles Brown (bovenste rij vierde van rechts). Voorgrond: Emile Rathenau (6e van links) Marcel Despres (7e van links), Gisbert Kapp (achter de twee hierboven), Dr. John Hopkinson (8e van links), net achter hem - Peter Emile Huber , William Henry Preece (2e van rechts), Postmeester Friedrich Ebert (1e van rechts).

Het laatste punt in het werk van de tentoonstelling in Frankfurt werd bepaald door een gedetailleerd tweedelig "officieel rapport", waarin alle details de organisatie, het werk en de berichtgeving in de pers weerspiegelden.

Dynamo's worden sinds de jaren zeventig door Gram en andere ontwerpers gebouwd. XIX eeuw. In de jaren tachtig verschenen veel nieuwe ontwerpen (Cypernovsky, Morday, Forbes, Thomson, Ferranti, enz.).

Ferranti's auto

De Italiaanse professor Galileo Ferraris en een Amerikaanse ingenieur uit Servië hebben er alles aan gedaan om de redenen voor de rotatie van het magnetische veld te begrijpen. Nikola Tesla… Onafhankelijk van elkaar bereikten ze vergelijkbare resultaten. Vrijwel gelijktijdig, in 1888, deden zij verslag van hun werk. Nikola Tesla beschrijft verschillende meerfasige systemen. Maar ook tweefasig acht hij het meest geschikt.

Het werd geadopteerd in de waterkrachtcentrale van Niagara, die voor die tijd enorm was en in Amerika werd gebouwd, evenals in verschillende andere installaties in Europa. Echter, kort na de eerste overdracht van driefasige stroom van Laufen naar Frankfurt, bewezen de in Europa gebruikelijke driefasige systemen hun voordelen en dwongen de Amerikanen om de "Tesla-systemen" om te zetten in driefasige stroom.

In de jaren negentig stapten ze over van enkelfasige wisselstroomgeneratoren naar meerfasige. In dit geval is de belangrijkste verdienste van Dolivo-Dobrovolsky - voor hem gebruikten ze een goedkope aansluiting van enkelfasige machines.

Na de tentoonstelling werd de generator gebruikt om Heilbronn van stroom te voorzien, dat daarmee de eerste stad ter wereld werd die driefasige stroom kreeg. De originele generator bevindt zich momenteel in het Deutsches Museum in München.

Laufen-generator in het museum

Dat kunnen we gerust zeggen in de periode van 1888 tot 1891alle basiselementen van een driefasig elektrisch systeem zijn ontwikkeld, die hun betekenis volledig hebben behouden en tegenwoordig veel worden gebruikt en ontwikkeld.

De transmissie van elektrische energie van Laufen naar Frankfurt am Main toont op overtuigende wijze de mogelijkheid aan van een fundamentele oplossing voor het complexe probleem van gecentraliseerde elektriciteitsproductie en de transmissie ervan over lange afstanden.

Het belang van de tentoonstelling in Frankfurt ligt ook in het feit dat het een enorme impact had op de publieke opinie. Tijdgenoten beschouwen de tentoonstelling in Frankfurt als een beslissend keerpunt in de geschiedenis van de elektriciteitsvoorziening. Elektrotechniek wordt een leidende technologie. AC-bedrijven kwamen als winnaars uit de bus, en DC-only-bedrijven begonnen met spoed licenties voor AC-technologie aan te schaffen.

Emil Rathenau somde het succes op van het overbrengen van energie over zo'n grote afstand: "Recente vorderingen zullen ons in staat stellen overal prachtige energieproducerende centra te bouwen - in de bergen en aan de kust, om de energie van bergstromen en getijden te benutten, en bij de meest - de grote rivierstroomversnellingen - om ze, tot nu toe een verspilling van energie, om te zetten in bruikbare elektriciteit, om het naar elke gewenste afstand te transporteren en daar te distribueren en op welke manier dan ook te gebruiken. »

Met de pilootoverdracht van driefasige wisselstroom van Laufen naar Frankfurt in 1891 begon alle moderne elektrificatie.