Wojna prądów — Tesla kontra Edison

Konfrontację między Nikolą Teslą a Thomasem Edisonem pod koniec XIX wieku można nazwać prawdziwą wojną i nie bez powodu ich rywalizacja, w której technologia przesyłu energii elektrycznej stanie się dominująca na świecie, do dziś nazywana jest „Wojna prądów”.

Technologia linii prądu przemiennego Tesli czy linii Edisona to prawdziwa epokowa kontrowersja, o której mówiono dopiero pod koniec 2007 roku, wraz z ostatecznym zakończeniem przechodzenia Nowego Jorku na sieci prądu przemiennego na korzyść Tesli.

Pierwsze generatory elektryczne generujące prąd stały umożliwiały łatwe podłączenie do linii, a tym samym do odbiorników, podczas gdy alternatory wymagały synchronizacji z podłączonym systemem zasilania.

Co ważne, pierwotnie nie istniały odbiorniki przeznaczone do zasilania prądem przemiennym, a wynaleziono skuteczną modyfikację silnika indukcyjnego przeznaczonego bezpośrednio do zasilania prądem przemiennym. Nikola Tesla dopiero w 1888 roku, czyli sześć lat po tym, jak Edison uruchomił pierwszą elektrownię prądu stałego w Londynie.

Po tym, jak Edison opatentował w 1880 roku swój system wytwarzania i dystrybucji prądu stałego, który obejmował trzy przewody — zero, plus 110 woltów i minus 110 woltów, wielki wynalazca żarówki był teraz przekonany, że „sprawi, że oświetlenie elektryczne będzie tak tanie”. że tylko bogaci będą używać świec. »

Tak więc, jak wspomniano powyżej, pierwsza elektrownia prądu stałego została uruchomiona przez Edison w styczniu 1882 roku w Londynie, kilka miesięcy później na Manhattanie, a do 1887 roku w Stanach Zjednoczonych działało ponad sto elektrowni prądu stałego Edisona. Tesla pracował wtedy dla Edisona.

Pomimo pozornie świetlanej przyszłości systemów prądu stałego Edisona, miały one bardzo istotną wadę. Przewody były używane do przesyłania energii elektrycznej na odległość, a wraz ze wzrostem długości drutu, jak wiadomo, wzrasta jego opór, a zatem nieuniknione są straty ciepła. Problem wymagał więc rozwiązania — zmniejszenia rezystancji przewodów, ich pogrubienia lub zwiększenia napięcia w celu zmniejszenia prądu.

W tym czasie nie było skutecznych metod zwiększania napięcia prądu stałego, a napięcie w liniach nie przekraczało jeszcze 200 woltów, więc możliwe było dostarczanie znacznej mocy tylko na odległość nie większą niż 1,5 km, a jeśli konieczność przesyłania dodatkowo prądu, są drogie przewody o dużym przekroju.

Tak więc w 1893 roku Nikola Tesla i jego inwestor, przedsiębiorca George Westinghouse, otrzymali zamówienie na oświetlenie jarmarku w Chicago za pomocą dwustu tysięcy żarówek. To było zwycięstwo.Trzy lata później w Niagara Falls zbudowano pierwszą elektrownię wodną prądu przemiennego, która przesyłała energię elektryczną do pobliskiego miasta Buffalo.

Innymi słowy, już w 1928 r. Stany Zjednoczone zaprzestały opracowywania systemów prądu stałego, w pełni przekonane o zaletach prądu przemiennego. Po kolejnych 70 latach rozpoczął się ich demontaż, do 1998 roku liczba użytkowników prądu stałego w Nowym Jorku nie przekraczała 4600, a do 2007 roku już ich nie było, kiedy główny inżynier Consolidated Edison symbolicznie przeciął kabel i rozpoczęła się „Wojna Prądy” dobiegły końca.

Przejście na prąd zmienny uderzyło Edisona mocno w łeb i czując się pokonanym, zaczął pozwać o naruszenie jego praw patentowych, ale decyzje sędziów nie były dla niego korzystne. Edison nie poprzestał na tym, zaczął organizować publiczne demonstracje, na których zabijał zwierzęta prądem przemiennym, starając się przekonać wszystkich o niebezpieczeństwach związanych z używaniem prądu przemiennego i odwrotnie – o bezpieczeństwie swoich sieci prądu stałego.

W końcu doszło do tego, że w 1887 roku partner Edisona, inżynier Harold Brown, zaproponował egzekucję przestępców śmiercionośnym prądem zmiennym. Westinghouse i Tesla nie dostarczyli do tego generatorów, a nawet zatrudnili prawnika dla jego żony Kemmer, która została skazana na śmierć na krześle elektrycznym. Ale to nie uratowało, aw 1890 roku Kemmler został stracony prądem zmiennym, a Edison dopilnował, aby przekupiony dziennikarz oblał Westinghouse błotem w swojej gazecie.

Pomimo ciągłego złego PR Edisona, system AC Tesli był skazany na sukces.Napięcie prądu zmiennego można łatwo i skutecznie zwiększyć za pomocą transformatorów i przesyłać przewodami na odległości setek kilometrów bez większych strat. Linie wysokiego napięcia nie wymagają stosowania grubych przewodów, a obniżenie napięcia w stacjach transformatorowych umożliwiło dostarczanie odbiorcom niskiego napięcia do zasilania odbiorników prądu przemiennego.

Zaczyna się od tego, że w 1885 roku Tesla wycofał się z Edisona i wraz z Westinghouse nabył kilka transformatorów Golar-Gibbs oraz alternator firmy Siemens & Halske, po czym przy wsparciu Westinghouse rozpoczął własne eksperymenty. W rezultacie rok po rozpoczęciu eksperymentów w Great Barrington w stanie Massachusetts zaczęła działać pierwsza 500-woltowa elektrownia.

Nie było wtedy silników nadających się do wydajnego zasilania prądem przemiennym, a już w 1882 roku Tesla wynalazł wielofazowy silnik elektryczny, na który patent otrzymał w 1888 roku, w tym samym roku, w którym pojawił się pierwszy miernik prądu przemiennego. System trójfazowy został wprowadzony we Frankfurcie nad Menem na wystawie w 1891 r., aw 1893 r. Westinghouse wygrał przetarg na budowę elektrowni przy wodospadzie Niagara. Tesla wierzył, że energia tej elektrowni wodnej wystarczy dla całych Stanów Zjednoczonych.

Aby pogodzić Teslę i Edisona, Niagara Power Company zleciła Edisonowi zbudowanie linii energetycznej ze stacji Niagara Falls do miasta Buffalo. W rezultacie należący do Edisona General Electric kupił firmę Thomson-Houston, która produkowała maszyny prądu przemiennego, i sam zaczął je produkować.

Tak więc Edison ponownie dostał pieniądze, ale reklama anty-AC nie ustała — opublikował i rozpowszechnił w gazetach zdjęcia egzekucji przez AC słonia Topsy tratującego trzech pracowników cyrku w nowojorskim Luna Park w 1903 roku.

Prąd stały i przemienny — zalety i wady

W przeszłości prąd stały był szeroko stosowany do zasilania silników elektrycznych z wzbudzeniem szeregowym w transporcie. Takie silniki są dobre, ponieważ rozwijają wysoki moment obrotowy przy małej liczbie obrotów na minutę, a tę liczbę obrotów można łatwo regulować, po prostu zmieniając napięcie prądu stałego dostarczane do uzwojenia pola silnika lub przez reostat.

Silniki prądu stałego są w stanie niemal natychmiast zmienić kierunek obrotów, gdy zmieni się biegunowość zasilania uzwojenia wzbudzenia. Tak więc silniki prądu stałego są nadal szeroko stosowane w lokomotywach spalinowych, lokomotywach elektrycznych, tramwajach, trolejbusach, w różnych windach i dźwigach.

Prąd stały może być używany do zasilania żarówek, różnych przemysłowych urządzeń do elektrolizy, galwanizacji, spawania bez problemów; jest również z powodzeniem wykorzystywany do zasilania skomplikowanych urządzeń medycznych.

Oczywiście prąd stały jest przydatny w elektrotechnice, ponieważ odpowiednie obwody są łatwe do obliczenia i łatwe do kontrolowania, nie bez powodu do 1887 r. W USA istniało ponad sto elektrowni prądu stałego, nad którymi pracowano prowadziła firma Thomasa Alvy Edisona. Oczywiście DC jest wygodny, gdy nie jest potrzebna konwersja, tj. wzrost lub spadek napięcia, jest to główna wada prądu stałego.

Pomimo wysiłków Edisona zmierzających do wprowadzenia systemów transmisji prądu stałego, systemy te miały również istotną wadę - konieczność użycia dużej ilości materiałów i znaczne straty przesyłu.

Faktem jest, że napięcie w pierwszych liniach prądu stałego nie przekracza 200 woltów, a energia elektryczna może być przesyłana w odległości nie większej niż 1,5 km od elektrowni, podczas gdy dużo energii jest rozpraszane podczas przesyłania (pamiętaj Prawo Joule'a-Lenza).

Jeśli nadal konieczne było przesyłanie większej mocy na większą odległość, trzeba było użyć grubych, ciężkich drutów, co okazało się bardzo kosztowne.

W 1893 roku Nikola Tesla zaczął wprowadzać swoje systemy prądu przemiennego, które ze względu na samą naturę prądu przemiennego charakteryzowały się wysoką wydajnością. Prąd przemienny można łatwo przekształcić za pomocą transformatorów, zwiększając napięcie, a następnie stało się możliwe przesyłanie energii elektrycznej na wiele kilometrów przy minimalnych stratach.

Dzieje się tak dlatego, że gdy przez przewody jest dostarczana ta sama moc, prąd może zostać zmniejszony ze względu na wzrost napięcia, dlatego straty przesyłu są mniejsze, a wymagany przekrój przewodu jest odpowiednio zmniejszony. Dlatego na całym świecie zaczęto wprowadzać sieci AC.

Silniki asynchroniczne w maszynach i maszynach do obróbki metalu, piecach indukcyjnych zasilane są prądem przemiennym; mogą również zasilać proste żarówki i dowolne inne aktywne obciążenie. Silniki asynchroniczne i transformatory zrewolucjonizowały elektrotechnikę właśnie dzięki prądowi przemiennemu.

Jeśli prąd stały jest potrzebny do jakiegoś celu, na przykład do ładowania akumulatorów, teraz zawsze można go uzyskać z prądu przemiennego za pomocą prostowników.