С 16 мая по 19 октября 1891 года в городе Франкфурте-на-Майне (Германия), на месте трёх бывших западных железнодорожных станций, проходила Международная электротехническая выставка. Во вторник 25 августа 1891 в 12 часов дня испытали первую трёхфазную систему для передачи электроэнергии на большое расстояние — 170 км.
Линия электропередач шла от города Лауфен-на-Неккаре до Франкфурта-на-Майне и передавала мощность более 75 кВт при линейном напряжении 15 кВ. При этом удалось достичь рекордного для того времени коэффициента полезного действия около 75,2%. Дополнительно были проведены испытания ЛЭП при более высоком напряжении — 25,1 кВ, что дало больший КПД — 78,9%.
Спроектировал и построил эту систему всего за 1 год Михаил Осипович Доливо-Добровольский, работавший в компании AEG! Усложнялось всё тем, что испытания проводились на глазах гостей со всего мира, а такую мощность на такое расстояние ранее ещё не передавали. То есть у электротехника буквально не было права на ошибку.
Для этого испытания выделили турбину в Лауфене, которую вращал водопад на реке Неккар, и она выдавала мощность около 300 л.с. Доливо-Добровольскому нужно было изготовить генератор, асинхронный двигатель мощностью около 75 кВт и трансформаторы мощностью порядка 100-150 кВА. Двигатели и трансформаторы такой мощности ранее не строились. Созданием генератора занимался Чарльз Браун, сотрудничавший с Доливо-Добровольским в области конструирования многофазных машин.
Во время эксперимента линия питала двигатель, который вращал насос для декоративного водопада на выставке, а также 1000 ламп накаливания.
Конечно же, это были не первые попытки передать электроэнергию на большие расстояния, например:
— 1882 год — французский учёный Марсель Депре передавал энергию на 57 километров от города Мисбаха до Мюнхена. При этом использовалось напряжение 1,5-2 кВ постоянного тока, а КПД вышел около 25%.
— 1885 год — передача около 37 кВт при напряжении 6 кВ на расстояние 56 км между Крейлем и Парижем, при КПД около 45%. Но генераторы постоянного тока, выдававшие такое напряжение были ненадёжными и часто выходили из строя из-за повреждения изоляции.
— 1886 год — Ипполит Фонтент соединил последовательно 4 генератора, которые выдавали по 1,5 кВ (суммарно дало 6 кВ). В качестве потребителя было 3 двигателя суммарной мощностью около 50 л.с., которые могли приводить в движение исполнительные механизмы или вращать генераторы низкого напряжения для питания освещения. Таким образом удалось получить КПД в 52%.
Электротехники рассматривали возможности и применения переменного тока как однофазных, так и многофазных систем. Например, в 1883 году Люсьен Голяр с помощью трансформаторов повышал напряжение до 1,5 кВ и передавал 15 кВт на расстояние 23 км для питания освещения Лондонского метрополитена, а через год на Туринской выставке передал на 40 км около 30 кВт напряжением 2 кВ. Но энергия передавалась по однофазной цепи, из-за чего были проблемы с включением двигателей в такую сеть — у них либо совсем не было пускового момента, либо пуск был очень тяжёлым.
И именно трёхфазная система оказалась оптимальной для передачи и использования электроэнергии, ведь с её помощью можно было создать вращающееся магнитное поле, получить два разных напряжения в одной электросети, при этом обходилась дешевле, чем системы большим числом фаз.
Кстати, за год до этого, в 1890 году, М. О. Доливо-Добровольский разработал четырёхпроводную схему трёхфазной сети, в которой возможно получить два напряжения — фазное и линейное. Первое предполагалось использовать для осветительной нагрузки, а второе для силовой. Ещё он отметил, что в качестве нейтрального провода можно использовать землю. Кроме этого, четырёхпроводная система позволяет подключать несимметричную нагрузку, при которой напряжения на зажимах каждой фазы будет неизменным.
А в 1891 году Михаил Осипович подал патент на трёхфазный трансформатор с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, собственно такая конструкция без существенных изменений используется и по сей день, как и его асинхронный двигатель с «беличьей клеткой». Но это не все его достижения в электротехнике, он также изобрёл некоторые устройства постоянного тока, электроизмерительные приборы и сделал другие открытия.
Именно 1891 год во многих источниках называют «годом рождения электрификации», ведь именно опыты и изобретения М. О. Доливо-Добровольского определили оптимальный способ передачи электроэнергии на дальние расстояния.