Cuộc chiến giữa các dòng điện - Tesla so với Edison

Cuộc đối đầu giữa Nikola Tesla và Thomas Edison vào cuối thế kỷ 19 có thể được gọi là một cuộc chiến thực sự, và không phải vô cớ mà sự cạnh tranh của họ, trong đó công nghệ truyền năng lượng điện sẽ trở nên thống trị trên thế giới, vẫn được gọi là "Cuộc chiến dòng điện".

Công nghệ dòng điện xoay chiều của Tesla hay dòng điện của Edison là một cuộc tranh cãi mang tính thời đại thực sự, vấn đề chỉ được đưa ra vào cuối năm 2007, với việc hoàn thành cuối cùng quá trình chuyển đổi New York sang mạng dòng điện xoay chiều, có lợi cho Tesla.

Các máy phát điện đầu tiên tạo ra dòng điện một chiều cho phép dễ dàng kết nối với đường dây và do đó với người tiêu dùng, trong khi máy phát điện xoay chiều yêu cầu đồng bộ hóa với hệ thống điện được kết nối.

Điều quan trọng là, người tiêu dùng được thiết kế cho dòng điện xoay chiều ban đầu không tồn tại và một sửa đổi hiệu quả của động cơ cảm ứng được thiết kế trực tiếp để cung cấp dòng điện xoay chiều đã được phát minh. Nikola Tesla mãi đến năm 1888, tức là sáu năm sau khi Edison bắt đầu xây dựng nhà máy điện một chiều đầu tiên ở London.

Sau khi Edison được cấp bằng sáng chế cho hệ thống tạo và phân phối dòng điện một chiều của mình vào năm 1880, bao gồm ba dây dẫn—không, cộng 110 vôn và âm 110 vôn, nhà phát minh vĩ đại của bóng đèn giờ đây đã tự tin rằng “ông ấy sẽ làm cho đèn điện trở nên rẻ như vậy. rằng chỉ những người giàu mới sử dụng nến. »

Vì vậy, như đã đề cập ở trên, nhà máy điện một chiều đầu tiên được Edison khai trương vào tháng 1 năm 1882 tại London, vài tháng sau ở Manhattan, và đến năm 1887, hơn một trăm nhà máy điện DC của Edison đã hoạt động tại Hoa Kỳ . Tesla đang làm việc cho Edison vào thời điểm đó.

Mặc dù các hệ thống DC của Edison có vẻ tươi sáng, nhưng chúng có một nhược điểm rất đáng kể. Dây điện được sử dụng để truyền năng lượng điện qua một khoảng cách và khi chiều dài của dây tăng lên, như bạn đã biết, điện trở của nó tăng lên và do đó không thể tránh khỏi tổn thất nhiệt. Do đó, vấn đề đòi hỏi một giải pháp—giảm điện trở của dây dẫn, làm cho chúng dày hơn hoặc tăng hiệu điện thế để giảm dòng điện.

Vào thời điểm đó, không có phương pháp hiệu quả nào để tăng điện áp dòng điện một chiều và điện áp trên đường dây chưa vượt quá 200 vôn, do đó chỉ có thể cung cấp năng lượng đáng kể trong khoảng cách không quá 1,5 km và nếu nhu cầu truyền điện bổ sung, có những dây đắt tiền với tiết diện lớn.

Vì vậy, vào năm 1893, Nikola Tesla và nhà đầu tư của ông, doanh nhân George Westinghouse, đã nhận được lệnh thắp sáng một hội chợ ở Chicago với hai trăm nghìn bóng đèn. Đó là một chiến thắng.Ba năm sau, nhà máy thủy điện xoay chiều đầu tiên được xây dựng tại thác Niagara để truyền điện đến thành phố Buffalo gần đó.

Nói cách khác, vào năm 1928, Hoa Kỳ đã ngừng phát triển các hệ thống điện một chiều, hoàn toàn tin tưởng vào những lợi ích của dòng điện xoay chiều. Sau 70 năm nữa, quá trình tháo dỡ của họ bắt đầu, đến năm 1998, số lượng người dùng trực tiếp hiện tại ở New York không vượt quá 4.600 và đến năm 2007 thì không còn ai, khi kỹ sư trưởng của Consolidated Edison cắt cáp một cách tượng trưng và "Cuộc chiến của Dòng chảy" đã kết thúc.

Việc chuyển sang dòng điện xoay chiều đã tác động mạnh vào túi của Edison, và cảm thấy bị đánh bại, anh bắt đầu kiện vì vi phạm quyền sáng chế của mình, nhưng quyết định của các thẩm phán không có lợi cho anh. Edison không dừng lại, anh ta bắt đầu tổ chức các cuộc biểu tình công khai, nơi anh ta giết động vật bằng dòng điện xoay chiều, cố gắng thuyết phục bất kỳ ai và mọi người về sự nguy hiểm của việc sử dụng dòng điện xoay chiều và ngược lại - sự an toàn của mạng DC của anh ta.

Cuối cùng, vào năm 1887, đối tác của Edison, kỹ sư Harold Brown, đã đề xuất xử tử tội phạm bằng dòng điện xoay chiều gây chết người. Westinghouse và Tesla đã không cung cấp máy phát điện cho việc này và thậm chí còn thuê luật sư cho vợ ông là Kemmer, người đã bị kết án tử hình trên ghế điện. Nhưng điều này không cứu được, và vào năm 1890, Kemmler bị xử tử bằng dòng điện xoay chiều, và Edison đã thấy rằng nhà báo bị mua chuộc đã ném bùn vào Westinghouse vì điều này trên tờ báo của anh ta.

Bất chấp PR tiếp tục tồi tệ của Edison, hệ thống AC của Tesla đã được định sẵn để thành công.Có thể tăng điện áp xoay chiều một cách dễ dàng và hiệu quả bằng cách sử dụng máy biến áp và truyền qua dây dẫn với khoảng cách hàng trăm km mà không bị suy hao nhiều. Đường dây điện áp cao không yêu cầu sử dụng dây dẫn dày và việc hạ thấp điện áp trong các trạm biến áp đã giúp cung cấp điện áp thấp cho người tiêu dùng để cung cấp cho tải AC.

Nó bắt đầu với thực tế là vào năm 1885, Tesla đã nghỉ việc tại Edison và cùng với Westinghouse mua một số máy biến áp Golar-Gibbs và một máy phát điện xoay chiều do Siemens & Halske sản xuất, sau đó với sự hỗ trợ của Westinghouse, ông bắt đầu các thí nghiệm của riêng mình. Kết quả là, một năm sau khi các thí nghiệm bắt đầu, nhà máy điện 500 vôn đầu tiên bắt đầu hoạt động ở Great Barrington, Massachusetts.

Khi đó không có động cơ nào phù hợp với nguồn điện xoay chiều hiệu quả, và vào năm 1882, Tesla đã phát minh ra động cơ điện nhiều pha, bằng sáng chế mà ông nhận được vào năm 1888, cùng năm chiếc đồng hồ đo điện xoay chiều đầu tiên xuất hiện. Hệ thống ba pha được giới thiệu tại Frankfurt am Main trong một cuộc triển lãm vào năm 1891, và vào năm 1893, Westinghouse đã thắng thầu xây dựng một nhà máy điện ở Thác Niagara. Tesla tin rằng năng lượng của nhà máy thủy điện này sẽ đủ cung cấp cho toàn nước Mỹ.

Để hòa giải giữa Tesla và Edison, Công ty Điện lực Niagara đã ủy quyền cho Edison xây dựng một đường dây điện từ trạm Niagara Falls đến thành phố Buffalo. Kết quả là General Electric, thuộc sở hữu của Edison, đã mua lại công ty Thomson-Houston chuyên sản xuất máy AC và bắt đầu tự sản xuất chúng.

Vì vậy, Edison đã nhận lại được tiền, nhưng dư luận chống AC vẫn không dừng lại - ông đã đăng và phát tán trên báo những bức ảnh về vụ AC hành quyết con voi Topsy giẫm đạp ba công nhân rạp xiếc tại Công viên Luna của New York vào năm 1903.

Dòng điện một chiều và xoay chiều—Ưu điểm và nhược điểm

Trong lịch sử, dòng điện một chiều đã được sử dụng rộng rãi để cung cấp năng lượng cho động cơ điện kích thích nối tiếp trong giao thông vận tải. Những động cơ như vậy tốt ở chỗ chúng phát triển mô-men xoắn cao ở số vòng quay mỗi phút thấp và số vòng quay này có thể dễ dàng điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp DC cung cấp cho cuộn dây trường động cơ hoặc bằng biến trở.

Động cơ DC có thể thay đổi hướng quay của chúng gần như ngay lập tức khi cực tính của nguồn cung cấp cho cuộn dây kích từ thay đổi. Vì vậy, động cơ DC vẫn được sử dụng rộng rãi trên đầu máy diesel, đầu máy điện, xe điện, xe đẩy, trên các thang máy và cần cẩu khác nhau.

Dòng điện một chiều có thể được sử dụng để cấp nguồn cho đèn sợi đốt, các thiết bị điện phân công nghiệp khác nhau, mạ điện, hàn mà không gặp vấn đề gì; nó cũng được sử dụng thành công để cung cấp năng lượng cho các thiết bị y tế phức tạp.

Tất nhiên, dòng điện một chiều rất hữu ích trong kỹ thuật điện, vì các mạch tương ứng dễ tính toán và dễ điều khiển, không phải vô cớ mà đến năm 1887 ở Hoa Kỳ đã có hơn một trăm nhà máy điện một chiều hoạt động trên đó. được lãnh đạo bởi công ty của Thomas Alva Edison. Rõ ràng, DC thuận tiện khi không cần chuyển đổi, tức là. tăng hoặc giảm điện áp, đây là nhược điểm chính của dòng điện một chiều.

Bất chấp những nỗ lực của Edison trong việc giới thiệu các hệ thống truyền tải dòng điện một chiều, những hệ thống như vậy cũng có một nhược điểm đáng kể—cần sử dụng một lượng lớn vật liệu và tổn thất truyền tải đáng kể.

Thực tế là điện áp trong các đường dây DC đầu tiên không vượt quá 200 vôn và điện có thể được truyền đi ở khoảng cách không quá 1,5 km từ nhà máy điện, trong khi rất nhiều năng lượng bị tiêu tán trong quá trình truyền tải (hãy nhớ Định luật Joule-Lenz).

Nếu vẫn cần truyền nhiều năng lượng hơn trên một khoảng cách xa hơn, thì phải sử dụng dây dày, nặng và điều này hóa ra rất tốn kém.

Năm 1893, Nikola Tesla bắt đầu giới thiệu hệ thống AC của mình, hệ thống này thể hiện hiệu quả cao do bản chất của AC. Dòng điện xoay chiều có thể dễ dàng chuyển đổi bằng cách sử dụng máy biến áp, tăng điện áp và sau đó có thể truyền năng lượng điện qua nhiều km với tổn thất tối thiểu.

Điều này là do khi cung cấp cùng một nguồn điện qua dây dẫn, dòng điện có thể giảm do tăng điện áp, do đó tổn thất truyền tải ít hơn và tiết diện yêu cầu của dây giảm theo. Đây là lý do tại sao lưới điện xoay chiều đã bắt đầu được giới thiệu trên toàn thế giới.

Động cơ không đồng bộ trong máy và máy cắt kim loại, lò nung cảm ứng được cung cấp dòng điện xoay chiều; họ cũng có thể cung cấp năng lượng cho đèn sợi đốt đơn giản và bất kỳ tải hoạt động nào khác. Động cơ và máy biến áp không đồng bộ đã cách mạng hóa kỹ thuật điện chính xác nhờ dòng điện xoay chiều.

Nếu dòng điện một chiều là cần thiết cho một số mục đích, chẳng hạn như để sạc pin, thì giờ đây, nó luôn có thể được lấy từ dòng điện xoay chiều với sự trợ giúp của bộ chỉnh lưu.