Az áramlatok háborúja – Tesla vs. Edison
Nikola Tesla és Thomas Edison 19. század végi konfrontációja igazi háborúnak nevezhető, és nem hiába hívják a mai napig rivalizálásukat, amelyben az elektromos energia átviteli technológiája válik uralkodóvá a világon. az "áramok háborúja".
A Tesla váltóáramú vonalainak vagy Edison vonalainak technológiája igazi korszakos vita, erre csak 2007 végén került sor, amikor New York váltakozó áramú hálózatokra való átállása véglegesen befejeződött, a Tesla javára.
Az első egyenáramot generáló elektromos generátorok könnyű csatlakozást tettek lehetővé a vezetékhez és így a fogyasztókhoz, míg a generátorok szinkronizálást igényeltek a csatlakoztatott áramrendszerrel.
Fontos, hogy a váltóáramra tervezett fogyasztók eredetileg nem léteztek, és feltalálták a közvetlenül váltóáramú táplálásra tervezett indukciós motor hatékony módosítását. Nikola Tesla csak 1888-ban, azaz hat évvel azután, hogy Edison elindította az első egyenáramú erőművet Londonban.
Miután Edison 1880-ban szabadalmaztatta az egyenáramú villamos energia előállítására és elosztására szolgáló rendszerét, amely három vezetékből állt – nulla, plusz 110 volt és mínusz 110 volt, az izzó nagy feltalálója most biztos volt abban, hogy „ilyen olcsóvá fogja tenni az elektromos világítást hogy csak a gazdagok fognak gyertyát használni. »
Tehát, mint fentebb említettük, az első egyenáramú erőművet Edison indította el 1882 januárjában Londonban, néhány hónappal később Manhattanben, és 1887-re több mint száz Edison DC erőmű működött az Egyesült Államokban. A Tesla akkoriban Edisonnak dolgozott.
Az Edison egyenáramú rendszereinek látszólag fényes jövője ellenére volt egy igen jelentős hátrányuk. A vezetékeket az elektromos energia távoli átvitelére használták, és a vezeték hosszának növekedésével, mint tudod, az ellenállása nő, és ezért elkerülhetetlen a fűtési veszteség. Így a probléma megoldást igényelt – a vezetékek ellenállásának csökkentését, vastagabbá tételét vagy a feszültség növelését az áram csökkentésére.
Ekkor még nem voltak hatékony módszerek az egyenáram feszültség növelésére, és a vezetékek feszültsége még nem haladta meg a 200 voltot, így jelentős teljesítményt csak legfeljebb 1,5 km távolságra lehetett leadni, és ha az elektromos áram további átvitelének szükségessége, vannak drága, nagy keresztmetszetű vezetékek.
Így 1893-ban Nikola Tesla és befektetője, a vállalkozó George Westinghouse megrendelést kapott, hogy kétszázezer izzóval világítsanak meg egy chicagói vásárt. Győzelem volt.Három évvel később a Niagara-vízesésnél megépült az első váltakozó áramú vízerőmű, amely a közeli Buffalo városába áramoltat.
Más szóval, 1928-ra az USA már leállította az egyenáramú rendszerek fejlesztését, teljes mértékben meg volt győződve a váltakozó áram előnyeiről. Újabb 70 év elteltével megkezdődött a szétszerelésük, 1998-ra az egyenáram-felhasználók száma New Yorkban nem haladta meg a 4600-at, 2007-re pedig már egy sem maradt, amikor a Consolidated Edison főmérnöke szimbolikusan elvágta a kábelt, és a "War of the the World" Áramlatok" véget ért.
A váltakozó áramra való átállás Edisont keményen zsebre vágta, és miután vereséget szenvedett, perelni kezdett szabadalmi jogainak megsértése miatt, de a bírák döntései nem kedveztek neki. Edison nem hagyta abba, nyilvános demonstrációkat kezdett szervezni, ahol váltakozó árammal ölt állatokat, megpróbálva mindenkit és mindenkit meggyőzni a váltóáram használatának veszélyeiről, és fordítva - egyenáramú hálózatainak biztonságáról.
Végül odáig jutott, hogy 1887-ben Edison társa, Harold Brown mérnök javasolta a bűnözők halálos váltóárammal történő kivégzését. A Westinghouse és a Tesla ehhez nem szállított generátorokat, sőt ügyvédet is fogadott feleségének, Kemmernek, akit a villanyszékben halálra ítéltek. De ez nem mentett meg, és 1890-ben váltakozó árammal kivégezték Kemmlert, és Edison gondoskodott arról, hogy a megvesztegetett újságíró emiatt sárba dobja Westinghouse-t az újságjában.
Edison továbbra is rossz PR-je ellenére a Tesla váltóáramú rendszerét sikerre szánták.A váltakozó áramú feszültség egyszerűen és hatékonyan növelhető transzformátorok segítségével, és vezetékeken keresztül több száz kilométeres távolságra, nagy veszteség nélkül továbbítható. A nagyfeszültségű vezetékek nem igényelnek vastag vezetékeket, a transzformátor alállomások feszültségének csökkentése pedig lehetővé tette a fogyasztó alacsony feszültséggel való ellátását a váltakozó áramú terhelések ellátására.
Kezdődik azzal, hogy 1885-ben a Tesla visszavonult az Edisontól, és a Westinghouse-nal együtt több Golar-Gibbs transzformátort és egy Siemens & Halske által gyártott generátort is beszerzett, majd a Westinghouse támogatásával megkezdte saját kísérleteit. Ennek eredményeként egy évvel a kísérletek megkezdése után a massachusettsi Great Barringtonban megkezdte működését az első 500 voltos erőmű.
Akkor még nem voltak hatékony váltóáramra alkalmas motorok, és már 1882-ben Tesla feltalált egy többfázisú villanymotort, amelyre 1888-ban kapott szabadalmat, ugyanabban az évben, amikor megjelent az első AC mérő. A háromfázisú rendszert Frankfurt am Mainban, egy kiállításon mutatták be 1891-ben, 1893-ban pedig a Westinghouse nyert egy pályázatot a Niagara-vízesésben erőmű építésére. A Tesla úgy gondolta, hogy ennek a vízerőműnek az energiája elegendő lesz az egész Egyesült Államok számára.
A Tesla és Edison összeegyeztetése érdekében a Niagara Power Company megbízta Edisont, hogy építsen egy elektromos vezetéket a Niagara Falls állomástól Buffalo városáig. Ennek eredményeként az Edison tulajdonában lévő General Electric megvásárolta a váltakozó áramú gépeket gyártó Thomson-Houston céget, és maga kezdte el gyártani azokat.
Edison tehát ismét megkapta a pénzt, de az AC-ellenes reklám nem szűnt meg – képeket tett közzé és terjesztett az újságokban arról, hogy AC 1903-ban Topsy elefántot eltaposott három cirkuszi munkást a New York-i Luna Parkban.
Egyenáram és váltakozó áram – előnyei és hátrányai
Történelmileg az egyenáramot széles körben használták soros gerjesztésű villanymotorok meghajtására a közlekedésben. Az ilyen motorok abból a szempontból jók, hogy kis fordulatszámnál nagy nyomatékot fejlesztenek ki, és ez a fordulatszám egyszerűen beállítható a motortér tekercsére adott egyenfeszültség egyszerű változtatásával vagy egy reosztáttal.
Az egyenáramú motorok szinte azonnal képesek megváltoztatni a forgásirányukat, ha megváltozik a terepi tekercs táplálásának polaritása. Tehát az egyenáramú motorokat továbbra is széles körben használják dízelmozdonyokon, elektromos mozdonyokon, villamosokon, trolibuszokon, különféle felvonókon és darukon.
Az egyenárammal gond nélkül táplálhatóak az izzólámpák, különféle ipari elektrolizáló készülékek, galvanizálás, hegesztés; sikeresen alkalmazzák összetett orvosi berendezések táplálására is.
Természetesen az egyenáram hasznos az elektrotechnikában, hiszen a megfelelő áramkörök könnyen kiszámíthatók és egyszerűen vezérelhetők, nem véletlen, hogy 1887-re az USA-ban több mint száz egyenáramú erőmű működött, amelyeken a munka Thomas Alva Edison társasága vezette. Nyilvánvaló, hogy a DC akkor kényelmes, ha nincs szükség átalakításra, pl. a feszültség növekedése vagy csökkenése, ez az egyenáram fő hátránya.
Annak ellenére, hogy Edison erőfeszítéseket tett az egyenáramú átviteli rendszerek bevezetésére, az ilyen rendszereknek volt egy jelentős hátránya is: nagy mennyiségű anyag felhasználása és jelentős átviteli veszteségek.
Az a tény, hogy az első egyenáramú vezetékek feszültsége nem haladja meg a 200 voltot, és az elektromos áram az erőműtől legfeljebb 1,5 km távolságra továbbítható, miközben sok energia disszipálódik az átvitel során (ne feledje A Joule-Lenz törvény).
Ha mégis nagyobb távolságra kellett nagyobb teljesítményt továbbítani, akkor vastag, nehéz vezetékeket kellett használni, és ez nagyon költségesnek bizonyult.
Nikola Tesla 1893-ban kezdte bevezetni váltóáramú rendszereit, amelyek az AC természetéből adódóan nagy hatékonyságot mutattak. A váltakozó áram könnyen átalakítható transzformátorokkal, növelve a feszültséget, majd lehetővé vált az elektromos energia több kilométeres átvitele minimális veszteséggel.
Ugyanannyi teljesítmény esetén ugyanis a vezetékeken keresztül az áramerősség csökkenhet a feszültségnövekedés miatt, így kisebbek az átviteli veszteségek és ennek megfelelően csökken a szükséges vezeték keresztmetszete. Ezért kezdték el az AC hálózatok bevezetését világszerte.
A gépek és fémvágó gépek aszinkron motorjai, az indukciós kemencék váltóárammal vannak ellátva; egyszerű izzólámpákat és bármilyen más aktív terhelést is képesek táplálni. Az aszinkron motorok és transzformátorok éppen a váltakozó áram miatt forradalmasították az elektrotechnikát.
Ha valamilyen célra egyenáramra van szükség, például akkumulátorok töltésére, akkor most az egyenirányítók segítségével váltakozó áramról mindig beszerezhető.