Virtojen sota — Tesla vs. Edison

Nikola Teslan ja Thomas Edisonin vastakkainasettelua 1800-luvun lopulla voidaan kutsua todelliseksi sodaksi, eikä turhaan kutsuta heidän kilpailuaan, jossa sähköenergian siirtotekniikka tulee hallitsevaksi maailmassa. "Virtojen sota".

Teslan vaihtovirtalinjojen tai Edisonin linjojen tekniikka on todellinen käänteentekevä kiista, joka tehtiin vasta vuoden 2007 lopussa, kun New Yorkin siirtyminen vaihtovirtaverkkoihin saatiin lopullisesti päätökseen Teslan hyväksi.

Ensimmäiset tasavirtaa tuottavat sähkögeneraattorit mahdollistivat helpon kytkennän linjaan ja siten kuluttajiin, kun taas vaihtovirtageneraattorit vaativat synkronointia kytkettyyn sähköjärjestelmään.

Tärkeää on, että vaihtovirtaan suunniteltuja kuluttajia ei alun perin ollut olemassa, ja oikosulkumoottorista, joka oli suunniteltu suoraan vaihtovirtasyöttöön, keksittiin tehokas muunnos. Nikola Tesla vasta vuonna 1888, eli kuusi vuotta sen jälkeen, kun Edison aloitti ensimmäisen tasavirtavoimalan Lontoossa.

Kun Edison patentoi vuonna 1880 järjestelmänsä tasavirtasähkön tuottamiseen ja jakeluun, joka sisälsi kolme johtoa – nolla, plus 110 volttia ja miinus 110 volttia, hehkulampun suuri keksijä oli nyt varma, että "hän tekisi sähkövalaistuksesta niin halvan että vain rikkaat käyttävät kynttilöitä. »

Joten, kuten edellä mainittiin, Edison käynnisti ensimmäisen tasavirtavoimalaitoksen tammikuussa 1882 Lontoossa, muutamaa kuukautta myöhemmin Manhattanilla ja vuoteen 1887 mennessä yli sata Edisonin tasavirtavoimalaitosta toimi Yhdysvalloissa. Tesla työskenteli tuolloin Edisonille.

Edisonin tasavirtajärjestelmien näennäisen valoisalta tulevaisuudesta huolimatta niillä oli erittäin merkittävä haittapuoli. Johtoja käytettiin sähköenergian siirtämiseen etäisyyden päähän, ja langan pituuden kasvaessa, kuten tiedät, sen vastus kasvaa ja siksi lämpöhäviöitä syntyy väistämättä. Siten ongelma vaati ratkaisun – johtojen resistanssin pienentämistä, niiden paksuuttamista tai jännitteen lisäämistä virran pienentämiseksi.

Tuolloin ei ollut tehokkaita menetelmiä tasavirtajännitteen nostamiseen, eikä johtojen jännite vielä ylittänyt 200 volttia, joten merkittävää tehoa oli mahdollista toimittaa vain enintään 1,5 km:n etäisyydelle ja jos tarve siirtää sähköä lisäksi, on kalliita johtoja, joilla on suuri poikkileikkaus.

Joten vuonna 1893 Nikola Tesla ja hänen sijoittajansa, yrittäjä George Westinghouse, saivat tilauksen valaista Chicagon messut kahdellasadalla tuhannella hehkulampulla. Se oli voitto.Kolme vuotta myöhemmin ensimmäinen vaihtovirtavesivoimala rakennettiin Niagaran putouksille välittämään sähköä läheiseen Buffalon kaupunkiin.

Toisin sanoen vuoteen 1928 mennessä Yhdysvallat oli jo lopettanut tasavirtajärjestelmien kehittämisen ja oli täysin vakuuttunut vaihtovirran eduista. Toisen 70 vuoden kuluttua niiden purkaminen alkoi, vuoteen 1998 mennessä tasavirran käyttäjien määrä New Yorkissa ei ylittänyt 4 600:ta, ja vuoteen 2007 mennessä niitä ei ollut enää jäljellä, kun Consolidated Edisonin pääinsinööri katkaisi symbolisesti kaapelin ja "sota Virtaukset" oli ohi.

Vaihtovirtaan siirtyminen osui Edisonin rajusti taskuun, ja hän tunsi itsensä tappiolliseksi ja alkoi haastaa oikeuteen patenttioikeuksiensa loukkaamisesta, mutta tuomarien päätökset eivät olleet hänen etunsa. Edison ei pysähtynyt, hän alkoi järjestää julkisia mielenosoituksia, joissa hän tappoi eläimiä vaihtovirralla, yrittäen vakuuttaa ketään ja kaikkia vaihtovirran käytön vaaroista ja päinvastoin - tasavirtaverkkojensa turvallisuudesta.

Lopulta se päätyi siihen pisteeseen, että vuonna 1887 Edisonin kumppani, insinööri Harold Brown, ehdotti rikollisten teloittamista tappavalla vaihtovirralla. Westinghouse ja Tesla eivät toimittaneet generaattoreita tähän ja jopa palkkasivat asianajajan hänen vaimolleen Kemmerille, joka tuomittiin kuolemaan sähkötuolissa. Mutta tämä ei pelastanut, ja vuonna 1890 Kemmler teloitettiin vaihtovirralla, ja Edison huolehti, että lahjottu toimittaja heitti Westinghousea tästä sanomalehdessään.

Edisonin jatkuvasta huonosta PR-toiminnasta huolimatta Teslan AC-järjestelmä oli tarkoitettu menestykseen.Vaihtojännitettä voidaan helposti ja tehokkaasti nostaa muuntajien avulla ja siirtää johtoja pitkin satojen kilometrien etäisyyksille ilman suuria häviöitä. Suurjännitejohdot eivät vaadi paksujen johtimien käyttöä, ja muuntaja-asemilla jännitteen alentaminen on mahdollistanut matalan jännitteen syöttämisen kuluttajalle vaihtovirtakuormien syöttämiseksi.

Se alkaa siitä, että vuonna 1885 Tesla jäi eläkkeelle Edisonista ja hankki yhdessä Westinghousen kanssa useita Golar-Gibbs-muuntajia ja Siemens & Halsken valmistaman laturin, sitten Westinghousen tuella hän aloitti omat kokeilunsa. Seurauksena oli, että vuosi kokeiden alkamisen jälkeen ensimmäinen 500 voltin voimalaitos aloitti toimintansa Great Barringtonissa, Massachusettsissa.

Tehokkaaseen vaihtovirtaan soveltuvia moottoreita ei silloin ollut, ja jo vuonna 1882 Tesla keksi monivaiheisen sähkömoottorin, jolle hän sai patentin vuonna 1888, samana vuonna, kun ensimmäinen AC-mittari ilmestyi. Kolmivaiheinen järjestelmä esiteltiin Frankfurt am Mainin näyttelyssä vuonna 1891, ja vuonna 1893 Westinghouse voitti tarjouskilpailun voimalaitoksen rakentamisesta Niagaran putouksille. Tesla uskoi, että tämän vesivoimalan energia riittäisi koko Yhdysvalloille.

Teslan ja Edisonin sovittamiseksi Niagara Power Company tilasi Edisonin rakentamaan voimalinjan Niagara Fallsin asemalta Buffalon kaupunkiin. Tämän seurauksena Edisonin omistama General Electric osti vaihtovirtakoneita valmistavan Thomson-Houston-yhtiön ja alkoi valmistaa niitä itse.

Joten Edison sai rahat uudelleen, mutta AC:n vastainen julkisuus ei loppunut – hän julkaisi ja jakoi sanomalehdissä kuvia AC:n teloituksesta, jossa Topsy elefantti tallasi kolme sirkustyöntekijää New Yorkin Luna Parkissa vuonna 1903.

Tasa- ja vaihtovirta – edut ja haitat

Historiallisesti tasavirtaa on käytetty laajalti sarjaviritettyjen sähkömoottoreiden tehostamiseen liikenteessä. Tällaiset moottorit ovat hyviä siinä mielessä, että ne kehittävät suuren vääntömomentin pienellä kierrosluvulla minuutissa, ja tätä kierroslukua voidaan helposti säätää muuttamalla yksinkertaisesti moottorin kenttäkäämitykseen syötettyä tasajännitettä tai reostaatilla.

Tasavirtamoottorit pystyvät vaihtamaan pyörimissuuntaansa lähes välittömästi, kun kenttäkäämin syötön napaisuus muuttuu. Joten tasavirtamoottoreita käytetään edelleen laajalti dieselvetureissa, sähkövetureissa, raitiovaunuissa, johdinautoissa, erilaisissa hisseissä ja nostureissa.

Tasavirtaa voidaan käyttää hehkulamppujen, erilaisiin teollisiin elektrolyysilaitteisiin, galvanointiin, hitsaukseen ilman ongelmia; sitä käytetään menestyksekkäästi myös monimutkaisten lääketieteellisten laitteiden virtalähteenä.

Tietysti tasavirta on hyödyllinen sähkötekniikassa, koska vastaavat piirit on helppo laskea ja ohjata, ei ole turhaa, että vuoteen 1887 mennessä USA:ssa oli yli sata tasavirtavoimalaitosta, joiden työt sitä johti Thomas Alva Edisonin yritys. On selvää, että DC on kätevä, kun muuntamista ei tarvita, esim. jännitteen nousu tai lasku, tämä on tasavirran suurin haitta.

Huolimatta Edisonin pyrkimyksistä ottaa käyttöön tasavirtasiirtojärjestelmiä, tällaisilla järjestelmillä oli myös merkittävä haittapuoli - tarve käyttää suuria määriä materiaaleja ja merkittävät siirtohäviöt.

Tosiasia on, että jännite ensimmäisissä tasavirtalinjoissa ei ylitä 200 volttia ja sähköä voidaan siirtää enintään 1,5 km:n etäisyydellä voimalaitoksesta, kun taas paljon energiaa haihtuu siirron aikana (muista Joule-Lenzin laki).

Jos vielä piti siirtää enemmän tehoa pidemmälle, piti käyttää paksuja raskaita johtoja, mikä osoittautui erittäin kalliiksi.

Vuonna 1893 Nikola Tesla alkoi esitellä AC-järjestelmiään, jotka osoittivat suurta tehokkuutta AC:n luonteen vuoksi. Vaihtovirta voidaan helposti muuntaa muuntajilla jännitettä lisäämällä, ja sitten tuli mahdolliseksi siirtää sähköenergiaa useiden kilometrien matkalla minimaalisilla häviöillä.

Tämä johtuu siitä, että kun samaa tehoa syötetään johtimien kautta, virtaa voidaan vähentää jännitteen nousun vuoksi, jolloin siirtohäviöt ovat pienemmät ja tarvittava johtimen poikkileikkaus pienenee vastaavasti. Tästä syystä AC-verkkoja on alettu ottaa käyttöön kaikkialla maailmassa.

Koneiden ja metallinleikkauskoneiden asynkroniset moottorit, induktiouunit toimitetaan vaihtovirralla; ne voivat myös käyttää yksinkertaisia ​​hehkulamppuja ja muita aktiivisia kuormia. Asynkroniset moottorit ja muuntajat mullistavat sähkötekniikan juuri vaihtovirran ansiosta.

Jos tasavirtaa tarvitaan johonkin tarkoitukseen, esimerkiksi akkujen lataamiseen, niin nyt sen saa aina vaihtovirrasta tasasuuntaajien avulla.