Válka proudů — Tesla vs. Edison

Konfrontaci Nikoly Tesly a Thomase Edisona na konci 19. století lze nazvat skutečnou válkou a ne nadarmo se jejich soupeření, v jehož technologii přenosu elektrické energie se stane ve světě dominantní, dodnes nazývá "Válka proudů".

Technologie vedení střídavého proudu Tesly nebo vedení Edisona je skutečnou epochální kontroverzí, bod, který se objevil až na konci roku 2007, s definitivním dokončením přechodu New Yorku na sítě střídavého proudu, ve prospěch Tesly.

První elektrické generátory generující stejnosměrný proud umožňovaly snadné připojení k vedení a tím i ke spotřebičům, zatímco alternátory vyžadovaly synchronizaci s připojeným energetickým systémem.

Důležité je, že spotřebiče určené pro střídavý proud původně neexistovaly a byla vynalezena účinná modifikace indukčního motoru určeného přímo pro napájení střídavým proudem. Nikola Tesla až v roce 1888, tedy šest let poté, co Edison spustil první stejnosměrnou elektrárnu v Londýně.

Poté, co si Edison v roce 1880 nechal patentovat svůj systém pro výrobu a distribuci stejnosměrné elektrické energie, který zahrnoval tři dráty – nula, plus 110 voltů a mínus 110 voltů, byl nyní velký vynálezce žárovky přesvědčen, že „učiní elektrické osvětlení tak levné. že svíčky budou používat jen bohatí. »

Takže, jak již bylo zmíněno výše, první stejnosměrnou elektrárnu spustil Edison v lednu 1882 v Londýně, o několik měsíců později na Manhattanu a v roce 1887 fungovalo ve Spojených státech více než sto Edisonových stejnosměrných elektráren. Tesla v té době pracoval pro Edisona.

Navzdory zdánlivě světlé budoucnosti Edisonových DC systémů měly velmi významnou nevýhodu. Dráty se používaly k přenosu elektrické energie na dálku a jak víte, jak se délka drátu zvyšuje, jeho odpor se zvyšuje, a proto jsou nevyhnutelné tepelné ztráty. Problém tedy vyžadoval řešení — snížit odpor drátů, zesílit je nebo zvýšit napětí, aby se snížil proud.

V té době neexistovaly žádné účinné metody zvyšování stejnosměrného napětí a napětí ve vedení ještě nepřesahovalo 200 voltů, takže bylo možné dodat významný výkon pouze na vzdálenost nejvýše 1,5 km, a pokud nutnost přenášet elektřinu dodatečně, existují drahé dráty s velkým průřezem.

V roce 1893 tedy Nikola Tesla a jeho investor, podnikatel George Westinghouse, dostali zakázku na osvětlení veletrhu v Chicagu dvěma sty tisíci žárovkami. Bylo to vítězství.O tři roky později byla u Niagarských vodopádů postavena první vodní elektrárna na střídavý proud, která měla přenášet elektřinu do nedalekého města Buffalo.

Jinými slovy, v roce 1928 již USA přestaly vyvíjet systémy stejnosměrného proudu, plně přesvědčeny o výhodách střídavého proudu. Po dalších 70 letech začala jejich demontáž, do roku 1998 počet uživatelů stejnosměrného proudu v New Yorku nepřesáhl 4 600 a do roku 2007 nezůstal žádní, když hlavní inženýr Consolidated Edison symbolicky přestřihl kabel a „War of the Proudy“ byl u konce.

Přechod na střídavý proud Edisona tvrdě zasáhl do kapsy, a protože se cítil poražen, začal žalovat za porušení svých patentových práv, ale rozhodnutí soudců nebyla v jeho prospěch. Edison se nezastavil, začal organizovat veřejné demonstrace, kde zabíjel zvířata střídavým proudem, snažil se kohokoli a všechny přesvědčit o nebezpečích používání střídavého proudu a naopak o bezpečnosti svých stejnosměrných sítí.

Nakonec to dospělo k tomu, že v roce 1887 Edisonův partner, inženýr Harold Brown, navrhl popravovat zločince smrtícím střídavým proudem. Westinghouse a Tesla na to nedodali generátory a dokonce najali právníka své manželce Kemmerové, která byla odsouzena k smrti na elektrickém křesle. Ale ani to nezachránilo a v roce 1890 byl Kemmler popraven střídavým proudem a Edison se postaral, aby za to podplacený novinář hodil bláto na Westinghouse ve svých novinách.

Navzdory Edisonovu pokračujícímu špatnému PR byl Teslov střídavý systém předurčen k úspěchu.Střídavé napětí lze snadno a efektivně zvýšit pomocí transformátorů a přenášet po drátech na vzdálenosti stovek kilometrů bez velkých ztrát. Vedení vysokého napětí nevyžadují použití silných vodičů a snížení napětí v transformačních stanicích umožnilo dodávat spotřebiteli nízké napětí pro napájení střídavých zátěží.

Začíná to tím, že v roce 1885 Tesla odešel z Edisonu a společně s Westinghousem získal několik Golar-Gibbsových transformátorů a alternátor vyrobený společností Siemens & Halske, poté s podporou Westinghouse začal s vlastními experimenty. Výsledkem bylo, že rok po zahájení experimentů začala v Great Barrington ve státě Massachusetts fungovat první 500voltová elektrárna.

Tehdy neexistovaly žádné motory vhodné pro efektivní střídavé napájení a již v roce 1882 Tesla vynalezl vícefázový elektromotor, patent na který získal v roce 1888, ve stejném roce se objevil první měřič střídavého proudu. Třífázový systém byl představen ve Frankfurtu nad Mohanem na výstavě v roce 1891 a v roce 1893 vyhrál Westinghouse výběrové řízení na stavbu elektrárny v Niagarských vodopádech. Tesla věřil, že energie této vodní elektrárny bude stačit pro celé Spojené státy.

Aby Niagara Power Company usmířila Teslu a Edisona, pověřila Edisona vybudováním elektrického vedení ze stanice Niagara Falls do města Buffalo. V důsledku toho General Electric, vlastněná Edisonem, koupila společnost Thomson-Houston, která vyráběla stroje na střídavý proud, a začala je sama vyrábět.

Edison tedy znovu dostal peníze, ale publicita proti AC neustávala – zveřejnil a distribuoval v novinách obrázky popravy AC slona Topsyho, který v roce 1903 v newyorském Luna Parku pošlapal tři dělníky cirkusu.

Stejnosměrný a střídavý proud – výhody a nevýhody

Historicky byl stejnosměrný proud široce používán k napájení sériově buzených elektromotorů v dopravě. Takové motory jsou dobré v tom, že vyvíjejí vysoký točivý moment při nízkém počtu otáček za minutu a tento počet otáček lze snadno upravit jednoduchou změnou stejnosměrného napětí dodávaného do budícího vinutí motoru nebo pomocí reostatu.

Stejnosměrné motory jsou schopny změnit svůj směr otáčení téměř okamžitě, když se změní polarita napájení budícího vinutí. Stejnosměrné motory jsou tedy stále široce používány na dieselových lokomotivách, elektrických lokomotivách, tramvajích, trolejbusech, na různých výtazích a jeřábech.

Stejnosměrný proud lze bez problémů použít k napájení žárovek, různých průmyslových elektrolýzních zařízení, galvanizace, svařování; s úspěchem se také používá k napájení složitých lékařských zařízení.

Stejnosměrný proud je samozřejmě v elektrotechnice užitečný, protože příslušné obvody lze snadno vypočítat a jednoduše ovládat, ne nadarmo bylo v USA v roce 1887 více než sto stejnosměrných elektráren, jejichž práce vedla společnost Thomase Alvy Edisona. Je jasné, že DC je vhodné, když není potřeba žádná konverze, tzn. zvýšení nebo snížení napětí, to je hlavní nevýhoda stejnosměrného proudu.

Navzdory Edisonově snaze zavést stejnosměrné přenosové systémy měly takové systémy také značnou nevýhodu – nutnost používat velké množství materiálů a značné ztráty při přenosu.

Faktem je, že napětí v prvních stejnosměrných vedeních nepřesahuje 200 voltů a elektřinu lze přenášet na vzdálenost nejvýše 1,5 km od elektrárny, zatímco při přenosu se rozptýlí mnoho energie (pamatujte Joule-Lenzův zákon).

Pokud bylo přesto nutné přenášet větší výkon na větší vzdálenost, musely být použity silné těžké dráty a to se ukázalo jako velmi drahé.

V roce 1893 začal Nikola Tesla zavádět své AC systémy, které vykazovaly vysokou účinnost díky samotné povaze AC. Střídavý proud lze snadno převádět pomocí transformátorů, zvyšujících napětí, a pak bylo možné přenášet elektrickou energii na mnoho kilometrů s minimálními ztrátami.

Je to proto, že když je vodiči dodáván stejný výkon, může být proud snížen v důsledku zvýšení napětí, proto jsou přenosové ztráty menší a požadovaný průřez vodiče je odpovídajícím způsobem snížen. To je důvod, proč se AC sítě začaly zavádět po celém světě.

Asynchronní motory ve strojích a obráběcích strojích, indukčních pecích jsou napájeny střídavým proudem; mohou také napájet jednoduché žárovky a jakoukoli jinou aktivní zátěž. Asynchronní motory a transformátory způsobily revoluci v elektrotechnice právě kvůli střídavému proudu.

Pokud je k nějakému účelu potřeba stejnosměrný proud, například k nabíjení baterií, lze jej nyní vždy získat ze střídavého proudu pomocí usměrňovačů.