Vojna prúdov — Tesla vs. Edison

Konfrontáciu Nikolu Teslu a Thomasa Edisona na konci 19. storočia možno nazvať skutočnou vojnou a nie nadarmo sa ich rivalita, v ktorej sa technológia prenosu elektrickej energie stane dominantnou vo svete, dodnes nazýva „Vojna prúdov“.

Technológia Teslových vedení striedavého prúdu alebo Edisonových vedení je skutočnou epochálnou kontroverziou, bod, ktorý sa objavil až na konci roku 2007, s konečným dokončením prechodu New Yorku na siete striedavého prúdu v prospech Tesly.

Prvé elektrické generátory generujúce jednosmerný prúd umožňovali jednoduché pripojenie k vedeniu a tým aj k spotrebičom, zatiaľ čo alternátory vyžadovali synchronizáciu s pripojeným energetickým systémom.

Dôležité je, že pôvodne neexistovali spotrebiče určené na striedavý prúd a bola vynájdená účinná modifikácia indukčného motora určeného priamo na napájanie striedavým prúdom. Nikola Tesla až v roku 1888, teda šesť rokov po tom, čo Edison spustil prvú elektráreň s jednosmerným prúdom v Londýne.

Po tom, čo si Edison v roku 1880 nechal patentovať svoj systém na výrobu a distribúciu jednosmernej elektrickej energie, ktorý obsahoval tri vodiče – nula, plus 110 voltov a mínus 110 voltov, veľký vynálezca žiarovky si bol teraz istý, že „urobí elektrické osvetlenie tak lacné. že sviečky budú používať len bohatí. »

Takže, ako už bolo spomenuté vyššie, prvú elektráreň na jednosmerný prúd spustil Edison v januári 1882 v Londýne, o niekoľko mesiacov neskôr na Manhattane a do roku 1887 fungovalo v Spojených štátoch viac ako sto elektrární Edison DC. Tesla v tom čase pracovala pre Edisona.

Napriek zdanlivo svetlej budúcnosti Edisonových DC systémov mali veľmi významnú nevýhodu. Drôty sa používali na prenos elektrickej energie na diaľku a ako viete, s narastajúcou dĺžkou drôtu sa zvyšuje jeho odpor, a preto dochádza k nevyhnutným tepelným stratám. Problém si teda vyžadoval riešenie – znížiť odpor drôtov, zhrubnúť ich alebo zvýšiť napätie, aby sa znížil prúd.

V tom čase neexistovali žiadne účinné metódy na zvýšenie jednosmerného napätia a napätie vo vedení ešte nepresahovalo 200 voltov, takže bolo možné dodať významný výkon iba na vzdialenosť nie väčšiu ako 1,5 km, a ak potreba preniesť elektrickú energiu dodatočne, existujú drahé drôty s veľkým prierezom.

V roku 1893 teda Nikola Tesla a jeho investor, podnikateľ George Westinghouse, dostali objednávku na osvetlenie veľtrhu v Chicagu dvestotisíc žiarovkami. Bolo to víťazstvo.O tri roky neskôr bola pri Niagarských vodopádoch postavená prvá vodná elektráreň na striedavý prúd na prenos elektriny do neďalekého mesta Buffalo.

Inými slovami, v roku 1928 už USA prestali vyvíjať systémy jednosmerného prúdu, plne presvedčené o výhodách striedavého prúdu. Po ďalších 70 rokoch sa začala ich demontáž, do roku 1998 počet užívateľov jednosmerného prúdu v New Yorku neprekročil 4 600 a do roku 2007 už nezostal ani jeden, keď hlavný inžinier Consolidated Edison symbolicky prestrihol kábel a vypukla „War of the Prúdy“ skončili.

Prechod na striedavý prúd Edisona tvrdo zasiahol do vrecka a cítil sa porazený a začal žalovať za porušenie svojich patentových práv, ale rozhodnutia sudcov neboli v jeho prospech. Edison neprestal, začal organizovať verejné demonštrácie, kde zabíjal zvieratá striedavým prúdom, snažil sa presvedčiť každého a každého o nebezpečenstvách používania striedavého prúdu a naopak - o bezpečnosti svojich DC sietí.

Nakoniec to dospelo k tomu, že v roku 1887 Edisonov partner, inžinier Harold Brown, navrhol popravovať zločincov smrtiacim striedavým prúdom. Westinghouse a Tesla na to nedodali generátory a dokonca najali právnika pre svoju manželku Kemmer, ktorá bola odsúdená na smrť na elektrickom kresle. To však nezachránilo a v roku 1890 bol Kemmler popravený striedavým prúdom a Edison sa postaral o to, aby podplatený novinár hodil blato na Westinghouse vo svojich novinách.

Napriek Edisonovmu pokračujúcemu zlému PR bol Teslov AC systém predurčený na úspech.Striedavé napätie možno ľahko a efektívne zvýšiť pomocou transformátorov a prenášať po drôtoch na vzdialenosti stoviek kilometrov bez veľkých strát. Vedenia vysokého napätia nevyžadujú použitie hrubých vodičov a zníženie napätia v transformátorových staniciach umožnilo dodávať spotrebiteľovi nízke napätie na napájanie striedavých záťaží.

Začína sa tým, že v roku 1885 Tesla odišiel z Edisona do dôchodku a spolu s Westinghouseom získal niekoľko Golar-Gibbsových transformátorov a alternátor vyrobený spoločnosťou Siemens & Halske, potom s podporou Westinghouse začal s vlastnými experimentmi. Výsledkom bolo, že rok po začatí experimentov začala v Great Barrington v štáte Massachusetts fungovať prvá 500-voltová elektráreň.

Vtedy neexistovali žiadne motory vhodné na efektívne striedavé napájanie a už v roku 1882 Tesla vynašiel viacfázový elektromotor, patent na ktorý získal v roku 1888, v tom istom roku sa objavil prvý merač striedavého prúdu. Trojfázový systém bol predstavený vo Frankfurte nad Mohanom na výstave v roku 1891 a v roku 1893 vyhral Westinghouse tender na výstavbu elektrárne v Niagarských vodopádoch. Tesla veril, že energia tejto vodnej elektrárne bude stačiť pre celé Spojené štáty.

Na zmierenie Tesly a Edisona Niagarská energetická spoločnosť poverila Edisona vybudovaním elektrického vedenia zo stanice Niagara Falls do mesta Buffalo. V dôsledku toho spoločnosť General Electric, ktorú vlastní Edison, kúpila spoločnosť Thomson-Houston, ktorá vyrábala stroje na striedavý prúd, a začala ich sama vyrábať.

Edison teda opäť dostal peniaze, ale publicita proti AC sa nezastavila – zverejnil a v novinách distribuoval obrázky popravy slona Topsyho, ktorý v roku 1903 v New Yorku pošliapal slona Topsyho, troch cirkusových pracovníkov.

Jednosmerný a striedavý prúd – výhody a nevýhody

Historicky bol jednosmerný prúd široko používaný na napájanie sériovo budených elektromotorov v doprave. Takéto motory sú dobré v tom, že vyvíjajú vysoký krútiaci moment pri nízkom počte otáčok za minútu a tento počet otáčok možno ľahko nastaviť jednoduchou zmenou jednosmerného napätia dodávaného do vinutia poľa motora alebo pomocou reostatu.

Jednosmerné motory sú schopné zmeniť svoj smer otáčania takmer okamžite, keď sa zmení polarita napájania budiaceho vinutia. Jednosmerné motory sú teda stále široko používané na dieselových lokomotívach, elektrických lokomotívach, električkách, trolejbusoch, na rôznych výťahoch a žeriavoch.

Jednosmerný prúd je možné bez problémov použiť na napájanie žiaroviek, rôznych priemyselných elektrolýznych zariadení, galvanizácie, zvárania; úspešne sa používa aj na napájanie zložitých medicínskych zariadení.

Jednosmerný prúd je, samozrejme, v elektrotechnike užitočný, pretože príslušné obvody sa dajú ľahko vypočítať a jednoducho ovládať, nie nadarmo bolo v roku 1887 v USA viac ako sto elektrární na jednosmerný prúd, na ktorých viedla spoločnosť Thomasa Alvu Edisona. Je zrejmé, že DC je vhodné, keď nie je potrebná žiadna konverzia, tj. zvýšenie alebo zníženie napätia, to je hlavná nevýhoda jednosmerného prúdu.

Napriek Edisonovmu úsiliu zaviesť jednosmerné prenosové systémy mali takéto systémy aj značnú nevýhodu – potrebu použiť veľké množstvo materiálov a značné straty pri prenose.

Faktom je, že napätie v prvých jednosmerných vedeniach nepresahuje 200 voltov a elektrina sa môže prenášať vo vzdialenosti maximálne 1,5 km od elektrárne, zatiaľ čo pri prenose sa rozptýli veľa energie (pamätajte Joule-Lenzov zákon).

Ak predsa len bolo potrebné preniesť väčší výkon na väčšiu vzdialenosť, museli sa použiť hrubé ťažké drôty a to sa ukázalo ako veľmi drahé.

V roku 1893 začal Nikola Tesla predstavovať svoje AC systémy, ktoré vykazovali vysokú účinnosť vďaka samotnej podstate AC. Striedavý prúd sa dá ľahko premeniť pomocou transformátorov, čím sa zvýši napätie, a potom bolo možné prenášať elektrickú energiu na mnoho kilometrov s minimálnymi stratami.

Je to preto, že keď je cez vodiče dodávaný rovnaký výkon, prúd môže byť znížený v dôsledku zvýšenia napätia, preto sú prenosové straty menšie a požadovaný prierez vodiča je zodpovedajúcim spôsobom znížený. To je dôvod, prečo sa AC siete začali zavádzať po celom svete.

Asynchrónne motory v strojoch a strojoch na rezanie kovov, indukčné pece sú napájané striedavým prúdom; môžu tiež napájať jednoduché žiarovky a akúkoľvek inú aktívnu záťaž. Asynchrónne motory a transformátory spôsobili revolúciu v elektrotechnike práve kvôli striedavému prúdu.

Ak je na nejaký účel potrebný jednosmerný prúd, napríklad na nabíjanie batérií, teraz sa dá vždy získať zo striedavého prúdu pomocou usmerňovačov.