5.9. Трехфазный трансформатор
3-х фазная система не получила бы в первые же годы своего существования быстрого распространения, если бы она не решила проблемы передачи энергии на большие расстояния.
Но электропередача выгодна при высоком напряжении, которое в случае переменного тока получается при помощи трансформатора.
3-х фазная система не представляла принципиальных затруднений для трансформации энергии, но требовала трех однофазных трансформаторов вместо одного при однофазной системе. Такое увеличение числа довольно дорогих устройств не могло не вызвать стремления поиска более удовлетворительного решения.
В 1889 г. Доливо-Добровольский изобрел 3-х фазный трансформатор [1]. В начале это был трансформатор с радиальным расположением сердечника (рис.1, А). Его конструкция еще напоминает электрическую машину, где отсутствует воздушный зазор.
Затем было предложено несколько конструкций призматических трансформаторов, где удалось получить более компактную форму магнитопровода (рис.1, Б).
Наконец, в октябре 1891 г., была подана заявка на 3-х фазный трансформатор с параллельными стержнями (рис.1, В).
В принципе эта конструкция сохранилась до настоящего времени.
Целям электропередачи отвечали также работы, связанные с изучением схем 3-х фазной цепи.
Рис.1
В 80-90-х годах XIX века значительное место занимала осветительная нагрузка, которая часто вносила существенную несимметрию в систему. Кроме того, часто надо было иметь не одно, а два напряжения: одно - для осветительной нагрузки; другое, повышенное, - для силовой.
Чтобы иметь возможность регулировать напряжение в отдельных фазах и располагать двумя напряжениями в системе (фазным и линейным), Доливо-Добровольский разработал в 1890 г. 4-х проводную схему 3-х фазной цепи -систему с нейтральным проводом. Сразу же он указал, что в ряде случаев вместо нейтрального провода можно использовать "землю".
Свои предложения Доливо-Добровольский обосновал доказательством того, что 4-х проводная 3-х фазная система допускает иметь определенную асимметрию нагрузки, поскольку позволяет сохранять в каждой фазе неизменное напряжение.
Для регулирования напряжения в отдельных фазах 4-х проводной системы он предложил использовать изобретенный им 3-х фазный автотрансформатор.
Таким образом, в течение трех лет были конструктивно разработаны все основные элементы 3-х фазной системы электроснабжения [1].
Из всех возможных конструкций многофазных синхронных генераторов, принцип действия которых был известен задолго до того, получил широкое практическое применение лишь 3-х фазный синхронный генератор.
Так зародилась и получила свое начальное развитие 3-х фазная система электрического тока.
Изучение истории техники 3-х фазных цепей показывает, что решающую роль в ее зарождении и развитии сыграли труды М.О. Доливо-Добровольского.
Несомненно, столь быстрый и полный успех его трудов во многом определялся тем обстоятельством, что его труды отвечали основным направлениям эпохи.
Кроме того, нельзя упускать из виду, что Доливо-Добровольский работал в условиях наиболее развитой в то время электротехнической промышленности -германской и, являясь одним из технических руководителей крупнейшей электротехнической фирмы, располагал большими возможностями для экспериментальных исследований и практической реализации своих изобретений. В то время как другим его современникам не доставало инженерного подхода к решению возникающих проблем (Бредли, Тесла) либо материально-технической базы (Хазельвандер), у Доливо-Добровольского было и то и другое, помноженное на глубокие знания и огромную работоспособность.