Электрический телеграф уже никого не удивлял, а гальваника была обычным делом. Появились первые электрогенераторы, приводимые в действие паровым двигателем, что сделало электричество относительно дешевым. Были изобретены лампы накаливания. Начали появляться первые электросети.
Тесла, Эдисон и война токов (переменный или постоянный ток)
На заре электротехники эксперты разделились на два лагеря. Одни видели будущее в постоянном токе, другие – в переменном. Полемические страсти разбушевались. На самом деле, дебаты продолжаются и сегодня, хотя и на новом уровне.
100-летний киловольтметр на исторической гидроэлектростанции в Хаймбахе (Германия)
В конце 19 века во всем мире бурно развивалась электроэнергетика. Между первыми электрическими экспериментами и широким применением электричества в промышленности прошло почти три столетия.
Электрический телеграф уже никого не удивлял, а гальваника получила широкое распространение. Появились первые электрогенераторы с паровым двигателем, что сделало электроэнергию относительно дешевой. Были изобретены лампы накаливания. Начали появляться первые электросети.
Один из них был создан в Нью-Йорке в 1882 году выдающимся американским изобретателем и бизнесменом Т.А. Эдисон. И сразу же количество электростанций его компании стало быстро расти. В 1886 году их было 68, а в 1887 году – около 120, и они могли поставлять около 325 000 электрических ламп.
Томас Эдисон был американским изобретателем и бизнесменом, который выступал за развитие сетей постоянного тока.
Лампочка Томаса Эдисона
Электротехнический бум привел к увеличению потребления меди и, соответственно, к многократному росту ее цены. Это в определенной степени уменьшило шансы электрического сектора против газового освещения.
Необходимо было найти решение. Он нашел применение в повышении напряжения питания электрических сетей, что позволило сэкономить медь, поскольку сечение питающих кабелей уменьшилось в сотни и более раз.
Однако более высокое напряжение повышает риск для потребителей. Это быстро продемонстрировал первый опыт эксплуатации электрических сетей. Поиск путей снижения этой опасности привел к разработке методов преобразования напряжения.
Один из первых трансформаторов (изобретатели Отто Блати, Карой Циперновски и Микша Дери)
Тем не менее, “работал” в основном постоянный ток: электрический телеграф, электрохимия, зарядка аккумуляторов, первые электродвигатели. Правда, для электрического освещения с помощью дуговых ламп переменный ток имел преимущество, поскольку электроды горели более равномерно и их не нужно было делать разного сечения.
Ваш соотечественник П.Н. Яблочков первым применил генераторы переменного тока для освещения. Американская компания Westinghouse начала использовать их в больших масштабах. В 1887 году она уже была способна питать 135 000 электрических ламп. У компании Эдисона появился опасный конкурент.
Никола Тесла с его “Теорией натуральной философии…”. Рудгер Боскович перед катушкой ВЧ трансформатора в своей лаборатории на Хаустон-стрит. 20 мая 1896 г. Во время нынешней войны переменный ток, который предпочитал Тесла, боролся за широкое распространение с постоянным током, который предпочитал Эдисон.
Генератор Вестингауза, конец 19 века. “Вестингауз Электрик” – одна из ведущих электрических компаний США, существующая с 1886 по 1997 год.
Распределительное устройство переменного тока компании Westinghouse, около 1880 года.
В 1888 году началась ожесточенная полемика между сторонниками постоянного и переменного тока.
Компания Edison Electric Light Company опубликовала Красную книгу под названием “Предостерегающая заметка”, в которой переменный ток подвергался резкой критике, в основном из-за его якобы повышенной опасности.
Был включен список людей, смертельно пораженных переменным током. Были описаны и другие реальные и предполагаемые недостатки переменного тока, но особое внимание было уделено опасностям его использования.
Инженер Гарольд Браун присоединился к борьбе и начал эксперименты по изучению воздействия электрического тока на животных. Иногда эти эксперименты становились достоянием общественности, и собак и лошадей убивали на глазах у публики. Кульминацией этой борьбы стал письменный вызов, брошенный Брауном компании Westinghouse и опубликованный во многих американских газетах.
Демонстрация Гарольда Брауна 22 декабря 1888 года.
Он написал: “Я призываю мистера Вестингауза встретиться со мной в присутствии компетентных экспертов в области электротехники и пропустить через его тело переменный ток, а через мое – постоянный. Напряжение будет нарастать до тех пор, пока один из нас не закричит и тем самым публично признает свое поражение.
Однако я хотел бы предупредить господина Вестингауза, что, согласно моим экспериментам, воздействие переменного напряжения в 160 вольт в течение 5 секунд смертельно. (При одинаковом измеряемом напряжении переменный ток фактически более опасен для человека).
Рекламное объявление 1889 года против использования переменного тока
Компания Westinghouse не приняла этот вызов. В некоторых штатах США под влиянием общественного мнения были приняты законы, запрещающие переменный ток напряжением более 200 вольт.
Полемика дошла до России, где в то время принимались решения об электрическом освещении обеих столиц.
В 1889 году А. Г. Столетов, инженер-электрик высшего класса, писал: “Можно вспомнить, каким притеснениям подвергались трансформаторы в нашей стране. И в научных докладах (!), и в газетных статьях эта система клеймилась как нечто еретическое, ненациональное и, безусловно, разрушительное, доказывалось (!), что трансформаторы запрещены во всех приличных западных странах и терпимы только в какой-нибудь одержимой дешевизной Италии.
Сторонники “ненародности в электричестве” забыли, что первая идея преобразования электричества в технику приписывалась иностранцами Яблочкову и что эта система была продемонстрирована Усагиным на Всероссийской выставке в Москве в 1882 году.
Знатоки западных порядков упустили из виду или умолчали, что в то же самое время эта “губительная” система питала десятки тысяч ламп в лучших районах Лондона, а французам и в голову не приходило использовать ее для освещения квартиры главы государства.”
Ситуация, в целом, сильно напоминает нынешние споры вокруг ядерной энергетики.
Томас Эдисон и его рабочие, Менло Парк, Нью-Джерси, 1881 год.
Эдисон вступил в борьбу, опубликовав статью под названием “Об опасностях электрического освещения”. Статья была перепечатана в российском журнале “Электричество”.
Автор написал: “Использование переменных токов высокого напряжения не оправдано ни с коммерческой, ни с научной точки зрения.
Однако статья была вполне разумной: “Когда давление в паровых котлах необходимо было регулировать для безопасности рабочих и населения, процедура была иной, чем сегодня для электрического напряжения, хотя эти два случая весьма схожи.
Важно помнить обоснование, которое привело к созданию этой замечательной системы: установление давления пара НИЖЕ и периодический осмотр котлов. Те же принципы должны применяться для защиты от опасностей, связанных с чрезмерным электрическим напряжением.
Сотрудники компании Edison Electric, примерно конец 19 века
Сторонники переменного тока ответили на критику действием и реализовали все его преимущества. Создание высоковольтных линий электропередач позволило разместить электростанции в сотнях километров от потребителей, вместо двух или трех в случае постоянного тока. Это позволило перенести станцию за черту города, избавив население от копоти и дав возможность использовать энергию рек и водопадов, расположенных вдали от промышленных центров.
Изобретение Теслой и Доливо-Добровольским многофазных цепей позволило создать новый тип электродвигателя с вращающимся магнитным полем, что дало возможность устранить капризный и ненадежный в эксплуатации коллекторно-щеточный аппарат.
Модель первого асинхронного двигателя Николы Теслы в Музее Теслы в Белграде, Сербия
Был разработан электрический ампер-часовой счетчик переменного тока. Сторонники Эдисона, ранее говорившие о невозможности такой конструкции, лишились весомого аргумента.
Были разработаны новые изоляционные материалы и новые конструкции изоляторов. Были разработаны правила безопасности для потребителей электроэнергии. В конце концов, были разработаны первые схемы выпрямителей, которые практически устранили все проблемы оппонентов.
Сторонники постоянного тока в США пошли на отчаянный шаг в дискредитации переменного тока. В первой легальной казни с использованием электричества (6 августа 1890 года) использовался генератор переменного тока, изготовленный компанией Westinghouse и поставленный Брауном. Но даже это не принесло им победы.
К чести ученых и электротехников Москвы, собранных городским головой в мае 1888 года, они одобрили применение переменного тока с повышенным напряжением.
Электростанция переменного тока General Electric в США – 1904 год.
Турбинный зал гидроэлектростанции “Гиндукуш” на реке Мургаб в Туркменистане. Построен в 1909 году. Альтернатор с возбудителем изготовлен в Будапеште (Венгрия) на заводе Ganz. Фотография Прокудина-Горского, 1911 год.
Теперь давайте сделаем некоторые выводы.
Быстрое и плодотворное развитие электротехники в период с 1886 по 1895 год стало результатом ожесточенной конкуренции между сторонниками постоянного и переменного тока.
Эта борьба оказала благотворное влияние на развитие электроэнергетической и светотехнической промышленности. Именно в это время было изобретено электрооборудование, что позволило обеспечить его надежность и безопасность для потребителя в приемлемой степени.
Так что ядерные дебаты отнюдь не бесполезны. Пусть оппоненты укажут на слабые стороны каждой системы, а изобретатели и конструкторы исправят их. До тех пор, пока методы ведения дискуссии остаются в рамках приличия. И в результате должны возобладать решения, приемлемые для всех.
Путь жидкости в турбине Тесла
AC
DC – постоянный ток, AC – переменный ток
Прежде чем научиться использовать переменный ток, мы должны сначала его получить. Вообще говоря, физики знали о переменном токе уже давно (со времен открытия электромагнитной индукции), и Тесла не открывал его как такового, но в то время все считали, что переменный ток – это просто “хлам”, который вряд ли можно как-то использовать. Тесла, напротив, был другого мнения и сразу увидел весь потенциал переменного тока.
Постоянный ток течет непрерывно в одном направлении; переменный ток меняет направление 50 или 60 раз в секунду и может изменяться до высоких уровней напряжения при минимизации потерь энергии на больших расстояниях. Позже напряжение переменного тока можно было понизить, чтобы его можно было использовать на заводах или в домах. Тесла понял, что будущее за переменным током.
Тесла описал свои электродвигатели и системы в работе под названием “Новая система двигателей переменного тока и трансформаторов”, которую он представил в 1888 году Американскому институту инженеров-электриков. Именно тогда Джордж Вестингауз заинтересовался разработками Теслы, а однажды посетил его лабораторию и был поражен увиденным. Никола Тесла построил модель многофазной системы, состоящей из понижающего и повышающего трансформаторов переменного тока и двигателя переменного тока. Так началось сотрудничество между Ветцингаузом и Теслой. Позже Никола Тесла получил 40 патентов на свои изобретения в США, и Вестингауз купил их все, чтобы обеспечить свое богатство и переменного тока в Америке.
Ниже мы расскажем об этих машинах и о том, как многофазная электрическая система была внедрена в США.
Гениальная нога в обуви, которая вошла в историю
Усилительный преобразователь
Башня Уорденклифф – один из символов гения Теслы
Разрабатывая идею передачи электроэнергии без проводов, Тесла решил, что лучше всего это делать на большой высоте. Поэтому в 1899 году с финансовой помощью меценатов он основал лабораторию в горах Колорадо-Спрингс. Там он построил свою самую большую и мощную катушку Тесла, которую назвал “усиленным передатчиком”. Он состоял из трех катушек и был почти 16 метров в диаметре. Передатчик генерировал ток напряжением в миллионы вольт и создавал пучки молний длиной до 40 метров. В то время это была самая мощная молния, когда-либо созданная искусственно.
Проблема в том, что Тесла был слишком амбициозен для своей эпохи: идея беспроводной передачи энергии начала реализовываться только во втором десятилетии 21 века, да и то лишь в виде концептов и образцов. Несмотря на то, что эта конструкция все еще находится за пределами повседневного использования, прозорливость изобретателя поражает. Бустерный передатчик стал предшественником башни Тесла, или башни Уорденклиффа, которая, по замыслу ее создателя, должна была обеспечить мир бесплатным электричеством и связью. Тесла начал работу над проектом в 1901 году, но после прекращения финансирования он забросил свои исследования, и участок был продан с аукциона в 1915 году. Эта неудача выбила изобретателя из колеи: у него случился нервный срыв, и Никола Тесла объявил о банкротстве.
Для того чтобы иметь возможность использовать электричество на практике, необходимо было передавать его на определенные расстояния, но постоянный ток не очень подходил для этого. Например, французский инженер-электрик Марсель Депре пытался передать постоянный ток на расстояние 57 км при напряжении 2000 вольт (что требует значительного увеличения напряжения для передачи энергии на расстояние), но достиг лишь 22% эффективности.
История и преимущества переменного тока
Электричество вошло в жизнь человека в 19 веке и с тех пор является ее неотъемлемой частью. До середины 19 века наиболее широко используемыми химическими источниками постоянного тока были гальванические элементы – “прототипы” современных батарей. Однако их использование в промышленности было проблематичным. Затем появились генераторы постоянного тока. Первый электродвигатель также имел характеристики постоянного тока.
Чтобы использовать электричество на практике, в производстве, необходимо было передавать его на определенные расстояния, но постоянный ток плохо подходил для этого. Например, французский инженер-электрик Марсель Депре пытался передать постоянный ток на расстояние 57 км при напряжении 2000 В (для передачи энергии на расстояние требуется значительное увеличение напряжения), но достиг лишь 22% эффективности.
Напомним, что постоянный ток не меняет своего значения или направления, в отличие от переменного тока, который меняет. В настоящее время его получают из переменного тока путем так называемого выпрямления. Существуют приборы и оборудование, для которых требуется только постоянный ток. Например – троллейбусы, трамваи, электровозы, а также – в электрохимических установках, использующих электролиз, для питания автоматических устройств, в приводах прокатных станов, в самолетах, для освещения в шахтах и т.д. Генерировать высокое напряжение от генератора постоянного тока невозможно из-за коллектора и скользящих контактов. Подключение нескольких генераторов для этой цели также ненадежно и неэффективно. Необходимы принципиально новые методы использования и передачи энергии.
Открытие переменного тока Николой Тесла было плохо воспринято некоторыми прогрессивными умами того времени – они утверждали, что он непригоден и опасен для человека. Этому способствовали и рыночные условия в США, и Эдисон, выдающийся ученый того времени, сделавший свое состояние на постоянном токе, который всеми способами пытался сохранить свое господство. PR-кампания против переменного тока привела к ужасным последствиям – казни на электрическом стуле. И именно Эдиссон впервые убил животных электричеством, продемонстрировав его опасность. (Но на самом деле постоянный ток безопаснее при низких напряжениях – одна собака выжила при 1000 В постоянного тока и умерла при 380 В переменного).
Внедрению переменного тока способствовал русский ученый Яблочков, который изобрел “электрическую свечу”, которая устойчиво горела при подключении к цепи переменного тока. Он также первым предложил идею электростанции – “электрического завода”, с которого энергия будет распределяться среди потребителей, подобно газу или воде. Однако первая электростанция, работающая на переменном токе, была построена в 1884 году в Лондоне. В России она появилась в 1887 году – в Одессе, а затем в Санкт-Петербурге – на Васильевском острове (ее мощность составляла 800 кВт). Примерно в это же время начались первые опытные промышленные применения. Электропривод, который постоянно совершенствуется и модифицируется, сегодня по-прежнему является ключевым устройством во многих отраслях промышленности.
Преимуществами переменного тока являются:
1) Генераторы намного дешевле в производстве;
2) Электродвигатели также дешевле и проще в производстве;
2) Более легкая передача на большие расстояния;
3) Возможность легкого преобразования напряжения;
4) Может быть преобразован в постоянный ток.
Этот вид электроэнергии может передаваться на большие расстояния гораздо легче, с большей эффективностью, а трансформатор позволяет регулировать напряжение. Трансформатор – это устройство, используемое для изменения переменного тока с одного напряжения на другое (обычно более низкое напряжение) при сохранении постоянной частоты (стандартная частота в России – 50 Гц), также чаще всего встречаются синусоидальные колебания.
Прочая и полезная информация
Известный промышленник Джордж Вестингауз, тщательно изучив патент Эдисона, пришел к выводу, что генераторы переменного тока, разработанные менее известным Теслой, более экономичны. Поэтому он предложил Тесле 1 миллион долларов за все полученные патенты и пообещал платить 1 доллар за каждую одну лошадиную силу генераторов, сделанных на основе этих патентов. В те времена – единица измерения мощности. С этого момента человечество начало внедрять переменный ток.
Появление переменного тока
Электропроводка в квартире или доме в наши дни стала необходимостью. Казалось бы, все просто: вызываем электрика, говорим ему, где и сколько розеток и светильников нужно установить, и все. Мы уже не задумываемся о том, как в нашем доме появилось электрическое освещение. Тем не менее, с каждым годом все больше и больше инноваций входит в нашу повседневную жизнь. Одним из примеров являются системы освещения с использованием светодиодов. Не так давно это было новшеством.
В этой статье я хотел бы сосредоточиться на небольшом отрезке времени, а именно на середине и конце 19 века. Именно в это время был открыт многофазный переменный ток, который мы используем и сегодня.
Реклама ламп Эдисона: без опасности, без дыма и без запаха
Начнем с тех времен, когда уже существовали электрогенераторы, которые устанавливались для обеспечения электроэнергией отдельных домов, для уличного освещения.
В 19 веке широкое распространение получили электродвигатели и генераторы постоянного тока. В течение этого времени Т. Эдисон, ученый, изобретатель и предприниматель, зарегистрировавший множество патентов, покорял американский континент, и именно он создал компанию General Electric, которая существует и по сей день.
Первая встреча до сих пор неизвестного Н. Тесла и Т. Эдисона состоялась в 1884 году. Однако успешный тандем этих двух талантливых людей не сложился и превратился в антагонизм.
Тесла и Эдисон.
Когда Тесла ушел в отставку, он несколько лет жил в нищете, после чего его бизнес постепенно расцвел. Вывод заключается в том, что Никола Тесла не согласился с Томасом Эдисоном по поводу типа тока, который нужно использовать. Эдисон делал упор на использование постоянного тока, а Тесла – на использование переменного тока. Именно здесь началась так называемая война течений.
Переменный ток, в отличие от постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению. Эти изменения называются частотой.
Однако самым важным является тот факт, что электростанции постоянного тока, использующие обычное напряжение, могут передавать электроэнергию в радиусе не более километра. Это означает, что для освещения города необходимо построить целую сеть местных электростанций. С переменным током все иначе: для освещения города требуется одна большая электростанция.
К 1887 году в Америке насчитывалось около сотни электростанций постоянного тока. Постоянный ток не имеет частоты и не меняет направления, его генераторы гораздо легче подключить, и он более удобен для аккумуляторных станций. Однако у постоянного тока есть один огромный недостаток: из-за потерь энергии в проводах его крайне сложно и дорого передавать на большие расстояния.
Многофазный генератор переменного тока, 500 л.с.
Тесла начал разрабатывать новый тип генератора и двигателя с другим типом тока. Кстати, он же придумал использовать землю в качестве проводника. Этими его открытиями мы пользуемся и сегодня.
Известный промышленник Джордж Вестингауз, внимательно изучив патент Эдисона, пришел к выводу, что генераторы переменного тока, разработанные Теслой, который был менее известен, более выгодны. Поэтому он предложил Тесле 1 миллион долларов за все полученные патенты и пообещал платить 1 доллар за каждую одну лошадиную силу генераторов, сделанных на основе этих патентов. В то время единица измерения мощности. С этого момента переменный ток стал использоваться человечеством.
Кстати, примерно в то же время была введена новая единица измерения мощности, которую мы используем и сегодня: ватт.
В дополнение к вышесказанному мы хотели бы упомянуть о некоторых интересных открытиях Теслы, о которых мало кто знает.
Тесла провел множество экспериментов с высокочастотным током и доказал, что ток с частотой выше 700 герц проходит через поверхность тела и безопасен для человека.
Он также первым продемонстрировал радиоуправляемую модель катера.
Кроме того, на видео вы можете увидеть, как практически неработающая лампа работает благодаря трансформатору Теслы
Никола Тесла умер 7 января 1943 года при загадочных обстоятельствах. Официально заявлено, что причиной смерти ученого стала сердечная недостаточность. Однако считается, что Тесла не умер, а был похищен. Тело двойника было использовано для похорон, а затем тайно кремировано.
В гостиничном номере был проведен обыск силами безопасности, в ходе которого были изъяты все документы Теслы. Позже было заявлено, что в записях содержались лишь философские размышления ученого. Однако по сей день многие исследователи считают, что самые важные изобретения Николы Теслы хранились в тайне. К ним относятся бестопливная генерация энергии, беспроводная передача энергии, телепортация, искусственный интеллект, боевые лазеры
Эта статья основана на документальном фильме:
Свободная энергия Теслы КРАСНЫЙ СИГНАЛ
С помощью трехфазного трансформатора мощностью 150 кВА напряжение генератора в Лауфене было повышено до 15 000 вольт, а во Франкфурте-на-Майне понижено до 65 вольт (фазное значение), что позволило запитать трехфазный асинхронный двигатель мощностью 75 кВт для насосного агрегата, который приводил в действие гидравлический насос, подающий воду в ярко освещенный декоративный водопад. Кроме того, выставку освещали 1000 электрических ламп.
Кто открыл переменный ток?
На электротехнической выставке во Франкфурте в 1891 году Доливо-Добровольский продемонстрировал опытную высоковольтную трехфазную линию длиной 175 км (от Лауфена до Франкфурта-на-Майне). Мощность трехфазного генератора составляла 230 кВА при напряжении 95 вольт.
Благодаря трехфазному трансформатору мощностью 150 кВА напряжение генератора было повышено до 15 000 вольт в Лауфене и понижено до 65 вольт (значение фазы) во Франкфурте-на-Майне, что позволило трехфазному асинхронному двигателю мощностью 75 кВт питать насосный агрегат, который приводил в действие гидравлический насос, подающий воду на ярко освещенный декоративный водопад. Кроме того, выставку освещали 1 000 электрических ламп.
В дальнейших экспериментах напряжение в сети было увеличено до 28 000 В путем последовательного соединения высоковольтных обмоток двух трансформаторов. Эффективность линии электропередачи составляла 77,4% и считалась высокой в то время.
Существует мнение, что именно здесь началась современная электрификация.
Читайте далее:- Что на самом деле изобрел Тесла и в чем он был мошенником – Science Channel.
- Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
- 5 причин, почему лампочки часто перегорают в вашей квартире и что делать?.
- Исследовательская работа для детей "Электрические цепи, или в мире электричества". Для воспитателей детских садов, школьных педагогов и воспитателей.
- История создания и распространения телеграфа.
- Кто изобрел электричество: имя изобретателя, когда появилось в мире, в каком году в России, возраст, дата, первый, ученые, история происхождения, как произошло, откуда взялось, значение для человечества, создатель, сколько лет назад научились использовать, открытие.
- Как найти начало и конец обмотки электродвигателя – ООО "СЗЭМО Электродвигатель".