5.8. Трехфазная система

В то время как Тесла и его сотрудники пытались усовершенствовать 2-х фазную систему, в Европе была разработана более совершенная - трехфазная.

Документы свидетельствуют, что в 1887-1889 гг. многофазные системы разрабатывались несколькими учеными и инженерами.

В Америке Ч. Бредли , стремясь изготовить электрическую машину с лучшим использованием активных материалов, конструировал 2-х и 3-х фазные генераторы. Не зная о явлении вращающегося магнитного поля, он предполагал, что потребители в его многофазных системах должны включаться как однофазные.

Немецкий инженер Ф. Хазельвандер подошел к 3-х фазной системе токов с других исходных позиций. Зная, что коллектор у генератора и двигателя постоянного тока выполняют взаимообратные функции, он решил его устранить. Для этого те точки обмотки якорей каждой из машин, от которых идут отпайки к пластинам коллектора, соединил соответственно друг с другом. Это удобно сделать у обращенной машины, якоря которых неподвижны, а полюсы вращаются. Стремясь уменьшить при этом число линейных проводов, он нашел минимальный вариант - три провода. Однако он не сумел увидеть всех возможностей этой системы и создать пригодные для практики конструкции машин [1].

Наибольших успехов в развитии многофазных систем добился М.О. Доливо-Добровольский, сумевший придать своим работам практический характер. Поэтому он по праву считается основоположником 3-х фазной техники.

Осенью 1888 г. Доливо-Добровольский, тогда еще молодой инженер, познакомившись с содержанием доклада Феррариса, не согласился с его выводами о практической непригодности индукционного двигателя. Еще до этого он заметил, что если замкнуть обмотки якоря двигателя постоянного тока, то возникает тормозной момент большой величины. Он понял, что если сделать вращающееся поле по методу Феррариса и поместить туда такой короткозамкнутый якорь с малым сопротивлением, то он скорее сгорит, чем будет вращаться с небольшим числом оборотов.

Первым шагом, который сделал Доливо-Добровольский, было изобретение ротора с обмоткой в виде беличьей клетки.

Важным этапом в трудах Доливо-Добровольского явилась замена 2-х фазных систем 3-х фазными. Он совершенно справедливо отмечал, что при увеличении числа фаз улучшается распределение МДС по окружности статора. Дальнейшее увеличение числа фаз не являлось целесообразным, так как привело бы к значительному увеличению расхода меди на провода.

Для получения 3-х фазной системы в результате исследований Доливо-Добровольский сделал ответвление от 3-х равноотстоящих точек обмотки якоря машины постоянного тока. Таким образом были получены токи с разностью фаз 120°. Таким путем была найдена связанная 3-х фазная система, отличающаяся той особенностью, что она требовала для передачи и распределения электроэнергии только три провода. В 2-х фазной системе Тесла также можно было обойтись тремя проводами, но достоинства 3-х фазной системы подкрепилось преимуществом двигателей.

Дальнейшее увеличение числа фаз привело бы к некоторому улучшению использования электрических машин, но вызвало бы дополнительный расход меди. Поэтому 3-х фазная система оказалась оптимальной.

Весной 1889 г. был построен первый 3-х фазный асинхронный двигатель мощностью примерно 100 Вт. Он питался от 3-х фазного одноякорного преобразователя и показал хорошие результаты. Вслед за этим был создан другой более мощный одноякорный преобразователь, а затем началось изготовление 3-х фазных синхронных генераторов.

Уже в первых синхронных генераторах применялись два основных способа сопряжения фаз: звезда (условное обозначение -Y) и треугольник (условное обозначение - А).

Важным достижением Доливо-Добровольского явилось также то, что он отказался от выполнения асинхронного двигателя с выступающими полюсами, а сделал обмотку статора распределенной по всей окружности. В результате уменьшилось магнитное рассеяние по сравнению с двигателем Тесла.

Вскоре Доливо-Добровольский заменил кольцевой тип обмотки статора барабанным. Так асинхронный двигатель приобрел современный вид.

Новое затруднение в развитии 3-х фазной техники возникло в связи с ограниченной мощностью первых источников 3-х фазного переменного тока. Дело в том, что пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в несколько раз превышает номинальный ток.

Анализ возникших затруднений привел к созданию так называемого двигателя с фазным ротором.