Меню

Война токов история кратко

Война токов

Question book-4.svg

Война токов (англ. War of Currents ) — противостояние Томаса Эдисона и Николы Теслы (а также Джорджа Вестингауза) в борьбе за использование постоянного и переменного тока соответственно. «Война» продолжалась свыше ста лет и закончилась в конце ноября 2007 года с окончательным переходом Нью-Йорка с постоянного тока на переменный [1] .

Содержание

  • 1 Различия
    • 1.1 Генераторы
    • 1.2 Передача энергии на расстояние
    • 1.3 Потребители
    • 1.4 Коммутация
    • 1.5 Безопасность
  • 2 История
    • 2.1 Первые электросети
    • 2.2 Появление переменного тока
    • 2.3 Противостояние
    • 2.4 Сворачивание сетей постоянного тока
  • 3 См. также
    • 3.1 Сторонники переменного тока
    • 3.2 Сторонники постоянного тока
  • 4 Примечания

Различия

Генераторы

Генераторы постоянного тока легко подключаются параллельно, необходимо лишь соблюдать полярность. Чтобы подавать в сеть переменный ток, требуется предварительная синхронизация генератора переменного тока с подключаемой энергосистемой.

Передача энергии на расстояние

При увеличении расстояния растёт электрическое сопротивление проводов, а также потери на их нагрев. При создании электрической линии, рассчитанной на передачу определённой мощности, существенно снизить потери можно только, снижая сопротивление (делая провода толще) или повышая напряжение (понижая тем самым силу тока). Чтобы вчетверо снизить потери, приходится либо вчетверо снижать сопротивление, либо вдвое повышать напряжение. Таким образом, передача энергии на большие расстояния возможна только при использовании высокого напряжения.

Поскольку эффективных способов изменять напряжение постоянного тока на тот момент времени не существовало, в электростанциях Эдисона использовалось напряжение, близкое к потребительскому — от 100 до 200 вольт. Такие электростанции не позволяли передавать потребителю большие мощности. В результате эффективно использовать генерируемую электрическую энергию могли потребители, расположенные на расстоянии, не превышающем порядка 1,5 км от электростанции. Преодолеть это ограничение можно было сложными и дорогими мерами: использованием толстых проводов или строительством целой сети местных электростанций. Другими словами, подход Эдисона не позволял построить мощную электростанцию, снабжающую целый регион, равно как и построить ГЭС в подходящем для этого месте.

Напряжение переменного тока легко изменяется с помощью трансформаторов (КПД до 99%). Это даёт возможность как передавать ток по магистральным линиям весьма высокого напряжения на большие расстояния (сотни километров), так и строить сеть высоковольтных линий меньшего напряжения для поставки энергии на трансформаторные подстанции, а затем и потребителям. По той же причине переменный ток более универсален для решения иных, отличных от освещения, производственных и бытовых задач.

Потребители

Подходящих двигателей переменного тока на момент появления электрических сетей вообще не существовало — лишь в 1888 году Никола Тесла изобрёл асинхронный электродвигатель, чем окончательно склонил чашу весов на сторону Вестингауза.

Изобретённый Эдисоном счётчик работал только на постоянном токе.

Коммутация

Коммутация проводников постоянного тока, находящихся под нагрузкой, требует более сложных переключателей, так как при размыкании цепи постоянного тока возникает более устойчивая дуга, чем при размыкании цепей переменного тока.

Безопасность

Переменный ток быстрее приводит к фибрилляции сердечной мышцы, чем постоянный. Даже сравнительно малые напряжения, порядка 110—230 В, при кратковременном контакте с грудной клеткой могут вызывать сбой в работе сердечной мышцы (60 мА для переменного тока, 300—500 мА для постоянного).

История

Первые электросети

В 1878 году Эдисон основывает компанию «Эдисон электрик лайт» (сегодня General Electric). К 1879 году закончилась доводка электрической лампочки — одна лампа служила свыше 12 часов. Эта цифра может показаться весьма скромной, но альтернативами в те времена были только свеча, керосиновая лампа и газовое освещение. В 1880 году Эдисон патентует всю систему производства и распространения электроэнергии, которая включала три провода — нулевой, +110 и -110 вольт (это снижало материалоёмкость при тех же потерях энергии). Одновременно был продемонстрирован невиданный доселе срок жизни лампочки — 1200 часов. Именно тогда Эдисон сказал: «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешёвым, что только богачи будут жечь свечи».

В январе 1882 года Эдисон запускает первую электростанцию в Лондоне, а несколькими месяцами позже — в Манхэттене. К 1887 году в США существовало более сотни электростанций постоянного тока, работавших на трёхпроводной системе Эдисона.

Появление переменного тока

В отличие от Эдисона, который проявил себя неутомимым экспериментатором и умелым бизнесменом, сторонники переменного тока основательно знали математику и физику. Ознакомившись с патентом Эдисона, Джордж Вестингауз обнаружил слабое звено его системы — большие потери мощности в проводах.

В 1881 году Люсьен Голар (Франция) и Джон Гиббс (Великобритания) демонстрируют первый трансформатор, пригодный для работы на высоких мощностях. В 1885 Вестингауз покупает несколько трансформаторов Голара-Гиббса и генератор переменного тока производства Siemens & Halske и начинает эксперименты. Через год начинает работу первая 500-вольтовая ГЭС переменного тока в Грейт-Баррингтоне (штат Массачусетс).

Распространению переменного тока мешало отсутствие соответствующих моторов и счётчиков. В 1882 году Тесла изобретает многофазный электромотор, патент на который был получен в 1888 году. В 1884 году Тесла появляется в США. После года успешной работы Эдисон отказывает Тесле в повышении зарплаты [2] , и Тесла уходит к Вестингаузу. В 1888 году появляется первый счётчик переменного тока.

Противостояние

Question book-4.svg

Переход на переменный ток должен был стать финансовым поражением Эдисона, который зарабатывал немалую часть денег на патентных отчислениях. Чувствуя своё поражение, Эдисон подал в суд за нарушение более десятка патентов, но решение суда было не в его пользу [3] .

Тогда Эдисон занялся чёрным пиаром, публично демонстрируя убийства животных переменным током. К тому же, примерно в то же время некто Поуп был убит пробитым трансформатором, стоявшим у него в подвале; это происшествие было широко освещено прессой. Наконец, в 1887 году финансируемый Эдисоном инженер Гарольд Браун предложил идею убивать преступников током — разумеется, «опасным» переменным, а не «безопасным» постоянным.

Вестингауз, резкий противник использования электричества для казни, отказался поставлять генераторы переменного тока для этой цели (добывать их пришлось окольными путями), нанял адвокатов приговорённому к казни на электрическом стуле Кеммлеру, который убил жену топором. Адвокаты требовали отменить приговор как противоречащий Конституции США, запрещающей «жестокие и необычные наказания». Несмотря на их старания, в 1890 году произошла первая казнь на электрическом стуле. Эдисон подкупил газетчика, и на следующий день в газете появилась статья «Вестингауз казнил Кеммлера». Казнь выглядела настолько ужасно, что Вестингауз ответил на это однозначно: «Топором бы у них вышло лучше».

В 1891 году трёхфазная система переменного тока, разработанная М. О. Доливо-Добровольским в компании AEG, была представлена на выставке в Франкфурте-на-Майне. В 1893 году Вестингауз и Тесла выиграли заказ на освещение Чикагской ярмарки 200 тысячами электрических лампочек. В 1896 году компания Вестингауза выиграла тендер на строительство крупнейшей на ту пору электростанции на Ниагарском водопаде. По словам Теслы, «мощности водопада хватит на все США». Чтобы примирить Вестингауза и Эдисона, последнему досталось строительство линии электропередачи, ведущей от электростанции в Буффало — ближайший крупный город.

Ещё одним фактом в пользу переменного тока послужила покупка Эдисоном компании Томсон-Хьюстон, занимающейся изучением и строительством агрегатов, основанных на переменном токе. Однако Эдисон не собирался отказываться от своего детища, постоянного тока, и от чёрного пиара по отношению к переменному. Так, Эдисон заснял и затем широко распространил в прессе кадры казни переменным током слонихи Топси, затоптавшей трёх человек в 1903 году.

Сворачивание сетей постоянного тока

Электроснабжение постоянным током неохотно сдавало свои позиции. Хотя уже в начале XX века большинство электростанций выдавало переменный ток, а систему снабжения постоянным током перестали развивать в 1928 году, существовало немало потребителей постоянного тока. Переменный ток для них преобразовывался в постоянный с помощью ртутных выпрямителей. Электростанции постоянного тока строились вплоть до 1920-х годов. Хельсинки окончательно перешёл на переменный ток в 1940-х годах, Стокгольм — в 1960-х. Тем не менее, в США вплоть до конца 1990-х годов существовало 4,6 тыс. разрозненных потребителей постоянного тока, и в 1998 году начались попытки перевести их на переменный ток.

С исчезновением в Нью-Йорке последнего потребителя постоянного тока в ноябре 2007 года главный инженер компании «Консолидейтед Эдисон», которая предоставляла электроснабжение постоянным током, перерезал символический кабель [1] . Это положило конец «войне токов» в отдельно взятом городе.

А вот в Сан-Франциско и по сей день (2012 год) остаются островки сетей постоянного тока, снабжающие раритетные лифты. В целом, в пределах Сан-Франциско имеется 97 островков постоянного тока, обслуживающие от семи до десяти зданий каждый, причем в работе сохраняются и оригинальные кабели, проложенные около 100 лет назад [4] .

Источник



Война токов история кратко

Переменный ток против постоянного

На заре человеческих открытий в области электричества и первых попыток его бытового применения разгорелся жаркий спор о том, какой ток лучше использовать для удовлетворения человеческих потребностей: постоянный или переменный? Все зависит от источников потребления. Сегодня это понятно всем. А в восьмидесятых годах девятнадцатого века из-за вопросов, какой ток лучше и как выгоднее передавать электрическую энергию, развязалась 125-летняя война (закончившаяся лишь в конце ноября 2007 года) между конкурирующими фирмами – «Edison Electric Light Company» и «Westinghouse Electric Corporation». Итак, с чего же все началось?

Читайте также:  У переменного тока нет полярности

В 1878 году Томас Эдисон основал компанию «Edison Electric Light», в будущем ставшую всемирно известной под именем «General Electric». Вскоре компания разбогатела и завоевала уважение американцев, в том числе и стремлением, как говорил сам Эдисон, «сделать электричество таким дешевым, чтобы жечь свечи смогли только богачи». За девять лет своего существования компания построила более сотни электростанций постоянного тока, работавших на трёхпроводной системе Эдисона. Постоянный ток Эдисона отлично работал с лампами накаливания и первыми электродвигателями – единственными на тот момент предметами, нуждавшимися в электроэнергии. Изобретенный Эдисоном счетчик также работал только на постоянном токе. Однако столь мощного наступления одной компании не могли допустить его конкуренты, которые пытались противопоставить постоянному току Эдисона переменный. Одним из таких конкурентов оказался ведущий ученый-инженер и по совместительству успешный бизнесмен Джордж Вестингауз.

Ознакомившись с патентом Эдисона, Джордж Вестингауз сразу же заметил слабое звено в его электростанциях постоянного тока — большие потери мощности в проводах. Однако даже знание недостатка эдисоновской системы не позволили ему разработать нечто прорывное, способное на равных конкурировать с предложением Эдисона.

Т. Эдисон

Разберемся, в чем же заключались основные плюсы и минусы конкурирующих систем. Основной проблемой постоянного тока Эдисона, как было отмечено выше, явилась проблема передачи тока на большие расстояния, а точнее сопутствующая передаче потеря мощности в проводах, т.к. при увеличении расстояния растет сопротивление проводов. Чтобы снизить потери мощности при передаче, необходимо либо делать провод толще (т.е. снижать его сопротивление), либо повышать напряжение (что приведет к снижению силы тока). Поскольку способов эффективно повысить напряжение постоянного тока на тот момент науке известно не было, то в электростанциях Эдисона использовалось напряжение близкое к нуждам потребителя, т.е. колеблющееся в диапазоне от ста до двухсот вольт. Основанные на этих расчетах электростанции не позволяли передать потребителю большей мощности необходимой, скажем, для промышленных предприятий.

Таким образом, эффективно использовать генерируемую электроэнергию могли потребители, расположенные на расстоянии, не превышающем порядка полутора километров от электростанции. Преодолеть подобный барьер расстояния можно было сложными и дорогими мерами. Например, введением в эксплуатацию толстых проводов или строительством целой сети местных электростанций, что не мог себе позволить ни один бюджет даже богатейших штатов.

Напряжение переменного тока довольно просто изменялось при помощи изобретенного Павлом Николаевичем Яблочковым в 1876 году трансформатора. Это давало возможность передавать ток на сотни километров, как по магистральным линиям высокого напряжения, так и создавать линии меньшего напряжения для поставки электроэнергии непосредственно потребителям.

Однако на тот момент (да и сейчас) никто не оспаривал факт, что лампочки (самый распространенный электроприбор) лучше работают именно на постоянном токе. Подходящих двигателей переменного тока на момент появления в США электрических сетей и вовсе не существовало, что делало использование постоянного тока единственно возможным. Кроме того, использование переменного тока для передачи энергии на расстояние гораздо более тяжело осуществимое, контролируемое, прогнозируемое, в сравнении с передачей электроэнергии при помощи постоянного тока.

Подобный расклад сил в пользу постоянного тока Эдисона существовал вплоть до того момента когда Тесла, еще будучи сотрудником эдисоновской фирмы, успешно проработав 1885 год, не получил прибавку к зарплате. Это привело к тому, что Тесла отказался поддерживать использование постоянного тока и продолжать работать на Эдисона.

Так, в 1887 году Вестингауз познакомился с Николой Тесла и его изобретениями. Тесла, работая на пределе человеческих сил, очень быстро получил патенты на несколько аппаратов переменного тока. В деловом мире началась борьба за сотрудничество с обладателем прав на наиболее эффективную систему переменного тока. У Теслы наметилось несколько конкурентов, и главными из них являлись Уильям Стенли, занимавшийся усовершенствованием аппарата Голара Гиббса (более современного трансформатора) в компании Джорджа Вестингауза, и Илайхью Томсон из «Томсон Хьюстон электрик компани».

Д. Вестингауз

В финальном противостоянии между Томсоном и Теслой на знаменитой лекции в Американском институте инженеров-электриков в мае 1888 года победу одержал последний. Сербский изобретатель, представив свою систему, доказал, что она способна транспортировать электроэнергию на сотни миль от источника ее получения, в то время как проект его соперника позволял осуществлять электропередачу на расстояние не более мили. Поскольку второй конкурент Теслы в области изучения переменного тока г-н Стенли также фактически ничего не смог противопоставить, то сербский ученый стал единоличным автором идеи самого передового двигателя переменного тока. Именно после этого события Джордж Вестингауз сумел склонить молодого ученого к взаимовыгодному сотрудничеству.

За два года доходы компании Вестингауза выросли в четыре раза, и успешный бизнесмен смог предложить Тесле немаленькую сумму за его патенты. За годы сотрудничества Теслы и Вестингауза сербский ученый выручил свыше 100 тысяч долларов, что в пересчете на современные деньги составило бы несколько миллионов. Получив стабильное финансирование, Тесла еще в 1888 году переехал из своего дома в Нью-Йорке в лучшую гостиницу Питтсбурга, и с тех пор ученый более не жил в своем частном доме, предпочтя его жизни в гостинице.

Итак, двигатель Теслы совершил настоящую революцию в передаче энергии. Так, было положено начало Войне токов. Многие сводят данную войну к простому противостоянию Теслы и Эдисона, или компаний последнего и Вестингауза. Однако, реально заинтересованных, а самое главное замешенных в этой войне лиц на поверку в несколько раз больше. В противостоянии постоянного и переменного тока можно увидеть борьбу не только различных североамериканских фирм, но и их заатлантических конкурентов.

Как американские, так и европейские компании начали широкомасштабную войну за завоевание рынка электроснабжения США. Несмотря на то, что изобретения Теслы все же перевесили чащу весов в пользу переменного тока, Томас Эдисон и его сторонники вовсе не собирались сдаваться. Эдисон начал открытую пиар-войну против Вестингауза и Теслы публично демонстрируя убийства животных переменным током. Более того, на руку Эдисону сыграла трагическая смерть некоего г-на Поупа, произошедшая по причине неисправности трансформатора стоявшего у него в подвале. Смерть этого человека была широко освещена в прессе и, по всей видимости, родила в голове финансируемого Эдисоном инженера Брауна идею казни приговоренных к смерти заключенных электрическим током. Браун решил воспользоваться данной идеей в интересах компании Эдисона, предложив приводить приговор в исполнение не «безопасным» постоянным током, а «опасным» переменным. Ход оказался как нельзя удачным: доход компании Вестингауза серьезно сократился, а люди попросту боялись использовать переменный ток.

Н. Тесла

В 1891 году трехфазная система переменного тока, разработанная Теслой, была представлена на выставке в Франкфурте-на-Майне. По всей видимости, фурор, произведенный данной системой, помог компании Вестингауза выиграть тендер на строительство крупнейшей на ту пору электростанции на Ниагарском водопаде. Переменный ток и Тесла снова одерживали вверх. Еще одним фактом в пользу переменного тока послужила покупка Эдисоном компании Томсон-Хьюстон, занимающейся изучением и строительством агрегатов, основанных на переменном токе. Однако, Эдисон не собирался отказываться от своего детища – постоянного тока и от черного пиара по отношению к переменному. Так Эдисон заснял и затем широко распространил в прессе кадры казни переменным током слонихи, затоптавшей трех людей в 1903 году.

Электроснабжение постоянным током неохотно сдавало свои позиции. Хотя уже в начале XX века большинство электростанций выдавало переменный ток, существовало немало потребителей постоянного тока. Переменный ток для них преобразовывался в постоянный с помощью ртутных выпрямителей. Электростанции постоянного тока в США строились вплоть до 1920-х годов. В Европе переменный ток одержал полную победу гораздо быстрее чем в США. Вероятно, это связано с тем, что в Европе позиции эдисоновской General Electric были вовсе незначительными, и люди проводили электрификацию, в большей мере основываясь на доводах ученых-физиков, а не трюков черного пиара Эдисона. Так в скандинавских странах окончательно перешли на переменный ток в 40-60-х годах XX века. Тем не менее, в США вплоть до 90-х годов существовало 4,6 тыс. разрозненных потребителей постоянного тока, и в 1998 году начались попытки перевести их на переменный ток.

С исчезновением последнего потребителя постоянного тока, в ноябре 2007 года главный инженер компании «Консолидейтед Эдисон», которая предоставляла электроснабжение постоянным током, перерезал символический кабель. Это и положило конец Войне токов.

Источник

Война токов и победа переменного тока

АЛЕКСАНДР МИКЕРОВ, д. т. н., проф. каф. систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

АЛЕКСАНДР МИКЕРОВ, д. т. н., проф. каф. систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Под «войной токов» обычно понимают вражду двух крупнейших электротехнических компаний — Эдисона и Вестингауза, внедрявших различные системы электроснабжения. Также это словосочетание отражает идейное соперничество двух великих изобретателей — Томаса Эдисона и Николы Теслы, эти системы предложивших (рис. 1).

Однако картина будет неполной, если не упомянуть и о другой «войне», называемой иногда «битвой cлавянинов», в которой Михаил Осипович Доливо-Добровольский противо­поставил двухфазной системе Тесла свою трехфазную, послужившую основой для современной структуры генерации, передачи и использования электроэнергии.

Война разгорелась в связи с появлением электрического освещения лампами накаливания Эдисона, запатентованными в 1880 г. и ставшими всемирно известными благодаря электротехнической выставке в Париже в 1881 г. [1]. Эта система предполагала, по существу, освещение целого квартала потребителей (П) от одной тепловой электростанции с генератором (Г) постоянного тока, первая из которых была пущена на Перл-стрит в Нью-Йорке в 1882 г. (рис. 2а). Поскольку длина линии электропередачи (ЛН) низкого напряжения 110 В составляла не более 1,5 км, то, очевидно, такие локальные электростанции не могли обеспечить электроснабжение целого города, а тем более удаленных районов страны.

Читайте также:  Как нейроны вырабатывают электрический ток

Война токов

Рис. 1. Война токов

Сразу же появились конкурирующие компании, которые, опираясь на европейский опыт (в частности, компании «Гейнц и Ко»), предложили централизованное (называемое тогда трансформаторным) электроснабжение однофазным переменным током от крупных электростанций любого типа (например, гидравлических) с генератором (Г) переменного тока через высоковольтные линии передачи (ЛВ) с повышающим (Т1) и понижающим (Т2) трансформаторами, а также дополнительными понижающими трансформаторами (Т3) потребителей (П) (рис. 2б) [2]. Одним из таких серьезных конкурентов Эдисона стала компания Вестингауза, вошедшая в электротехнический бизнес в 1884 г., закупив европейские патенты на трансформаторы. Почувствовав угрозу, Эдисон попытался нащупать слабые места конкурентов и увидел их в опасности поражения электрическим током высокого напряжения, без которого дальняя передача электроэнергии в те времена была практически невозможна.

Рис. 2. Системы постоянного (а) и переменного (б) тока

К концу 1880-х гг. крупные города покрылись густой сетью телеграфных, телефонных и осветительных линий на столбах (включая линии дугового освещения в 3000 В), до сих пор портящих вид американских городов (рис. 3).

Газеты действительно были наполнены описаниями порой душераздирающих случаев поражения электрическим током ремонтников генераторов и линий и обычных пешеходов от упавших проводов. Общественную панику вызвала гибель в 1889 г. монтера телеграфной компании, замкнувшего высоко­вольтные провода и заживо сгоревшего на столбе в деловой части Манхэттена на глазах многочисленной, охваченной ужасом публики и работников муниципалитета [3]. Хотя несчастные случаи были связаны как с переменным, так и с постоянным током, Эдисон сознательно выбрал своей мишенью переменный ток. По современным представлениям, при напряжении до 500 В опаснее переменный ток, а более 500 В — постоянный [4]. Важно отметить, что по системе Эдисона напряжение подавалось большей частью по подземным кабелям.

Рис. 3. Уличная проводка

Непосредственным поводом к началу войны послужили дебаты о высшей мере наказания — электрическом стуле [3]. История введения этого способа казни началась в 1882 г., когда американский дантист Альфред Саутвик (Alfred Southwick), проведя опыты на собаках, предложил заменить повешение более гуманной, по его мнению, казнью электрическим током. Эту тему подхватил электротехник Гарольд Браун (Harold Brown), который при поддержке Эдисона, предоставившего ему свою лабораторию, организовал серию публичных умерщвлений собак, лошадей и даже слона, показав, например, что собаки погибали уже при напряжении в 300 В переменного тока, тогда как при постоянном токе для этого требовалось в три раза большее напряжение. Желая связать ужасы убийства электрическим током с именем своего основного конкурента, Эдисон настоял на использовании в опытах высоковольтных генераторов Вестингауза, которые были приобретены через постороннюю компанию, поскольку сам Вестингауз был категорически против всякой смертной казни. Эдисон предпочитал называть эти процедуры «Westinghoused», т. е. умерщвлением токами Вестингауза.

В результате в 1888 г. штатом Нью-Йорк был принят закон об электрическом стуле с рекомендуемым напряжением 750–1500 В переменного тока. Стул, конструкция которого была создана тюремным ведомством совместно с лабораторией Эдисона, впервые был применен в 1890 г. для публичной казни некоего Вильяма Кеммлера (William Kemmler), убившего свою жену топором (рис. 4). Она произвела весьма тягостное впечатление, поскольку мучительная смерть наступила только со второй попытки. Вестингауз прокомментировал происшедшее словами: «Лучше бы они сделали это топором» [3].

Рис. 4. Казнь Кеммлера

На волне последовавшего общественного возмущения сторонники Эдисона предлагали законодательно разрешить только подземные сети с напряжением не более 300 В, что лишало бы системы переменного тока всякого экономического смысла. Однако первая же попытка введения подобных мер зимой 1889 г. погрузила все улицы Нью-Йорка в полную темноту, после чего было решено ограничиться только ужесточением требований электробезопасности.

Война токов не обошла и Россию, где электрическое освещение изначально строилось на постоянном токе [2]. Когда же в 1889 г. компания «Гейнц и Ко», опираясь на свой успешный опыт освещения одесской оперы, предложила создать систему переменного тока и для Москвы, в печати началась шумная кампания противников такой трансформаторной системы, доказывавших ее еретичность, опасность и безусловную гибельность для России [5].

Вернемся в США. Несмотря на мнимое преимущество, сторонники Эдисона ничего не могли противопоставить основному достоинству систем переменного тока — передаче энергии на любые расстояния. В 1893 г. компания Вестингауза выиграла заказ на электрификацию Чикагской выставки, а в 1895 г. завершила строительство самой большой по тем временам Ниагарской электростанции [2, 3, 6]. Однако постепенно у двухфазной системы Теслы стали выявляться недостатки, такие как повышенный расход меди для дальних передач, невысокие характеристики конструкций асинхронных двигателей и невозможность регулирования их скорости. Для формирования современного вида системы генерации, передачи и использования электроэнергии решающее значение приобрели работы выдающегося инженера-электрика М. О. Доливо-Добровольского [5–7].

М О. Доливо-Добровольский (1862–1919)

Рис. 5. М О. Доливо-Добровольский (1862–1919)

Михаил Осипович Доливо-Добровольский (рис. 5), происходивший из русско-польского дворянского рода, родился в Гатчине. Учился сначала в Рижском политехническом институте, а затем в Дармштадском высшем техническом училище (Германия). С 1887 г. и до конца жизни работал в компании AEG в Берлине, дойдя до поста технического директора. Доливо-Добровольский всегда сохранял связи с Россией, принимал активное участие в организации электро­механического отделения Петербургского политехнического института, основанного в 1902 г., и сотрудничал с ЭТИ (ЛЭТИ), по инициативе которого впоследствии ему было присвоено звание почетного инженера-электрика.

Желая найти нишу для компании AEG, Доливо-Добровольский тщательно изучил работы Теслы, начав с многофазных систем электропередачи. На рис. 6 приведены три самые распространенные линии электропередачи, питающие асинхронные электродвигатели (М): двухфазная четырехпроводная (a), двухфазная трехпроводная (б) и трехфазная трехпроводная (в). Все эти системы были запатентованы Теслой, однако на практике он использовал только двухфазные. Для линий передачи, достигающих порой длины во много тысяч километров, важнейшими показателями являются число и масса соединительных проводов. Поэтому имеет смысл сравнивать только трехпроводные линии (б) и (в).

При трехфазной линии (в) токи во всех проводах и фазах сдвинуты на 120°, но имеют одинаковую амплитуду. При двухфазной линии (б) с общим проводом (2) токи в проводах (1) и (3) равны:

где im амплитуда тока и w — его частота. Тогда в общем проводе (2) ток равен их сумме:

Таким образом, провод (2) должен иметь сечение на 41% больше, нежели провода (1) и (3). И вот это обстоятельство, на которое первым обратил внимание Доливо-Добровольский в 1891 г., приводило к существенной экономии меди проводов и было решающим преимуществом трехфазных линий передачи и систем переменного тока [5].

Рис. 6. Подключение двигателя к линии

Доливо-Добровольский не ограничился передачей электроэнергии, он создал и запатентовал такие важнейшие и общепринятые сейчас устройства многофазных систем, как:

  • асинхронный двигатель с ротором типа «беличья клетка» (1889 г.);
  • распределенные обмотки якоря машин переменного тока (у Теслы обмотки были сосредоточенными, катушечными);
  • первый асинхронный двигатель регулируемой скорости с обмоткой ротора, подключенной через контактные кольца к пускорегулирующему реостату;
  • трехфазный трансформатор (1889 г.); до него в трехфазной линии использовали три однофазных трансформатора.

Широкому внедрению трехфазных систем весьма способствовал блестящий успех Доливо-Добровольского на электротехнической выставке во Франкфурте 1891 г., для которой он построил трехфазную линию передачи на 16 кВ из города Лауфен (в 175 км от Франкфурта), от генератора с водяной турбиной на 300 л. с. [5–8]. Это позволило зажечь на выставке 1100 ламп накаливания и запустить самый мощный по тем временам трехфазный асинхронный двигатель в 100 л. с. (рис. 7) с водяным насосом, питающим эффектный девятиметровый водопад, который демонстрировал возможность передачи механической энергии на расстояние.

Так закончилась битва «двух славянинов» (Теслы и Доливо-Добровольского), положившая конец и всей войне токов. К тому же, инициатор этой войны, Эдисон, после создания в 1892 г. компании General Electric (путем слияния его компании с компанией Thomson-Houston) потерял интерес к освещению, переключившись на обогащение руд. А сама эта компания после прихода в нее выдающегося электротехника Чарльза Штейнмеца резко поменяла курс, став активной сторонницей трехфазных систем и уже при строительстве Ниагарской электростанции получив подряд на трехфазную линию электропередачи в г. Буффало напряжением 11 кВ [3, 8, 9].

Асинхронный двигатель Доливо-Добровольского

Рис. 7. Асинхронный двигатель Доливо-Добровольского

Однако датой окончательной победы переменного тока считается 2007 г., когда Нью-Йорк полностью перешел с постоянного тока на переменный [3, 9]. Тем не менее многие специалисты считают, что нас ждет ренессанс систем постоянного тока [9]. Это связано, конечно же, с развитием электроники, которое привело к созданию мощных полупроводниковых устройств преобразования как рода тока (AC/DC), так и уровня напряжения, в результате чего на расстоянии более 1000 км линии электропередачи сверхвысокого напряжения (сотни киловольт) постоянного тока становятся экономически более выгодными. Кроме того, в системы постоянного тока легче интегрируются все возобновляемые источники электроэнергии (ветровые, солнечные и др.), а кабельные линии электропередачи также строятся преимущественно на постоянном токе. С другой стороны, все технические системы в промышленности, на транспорте и в быту становятся все более интеллектуальными на базе компьютерной техники и регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока. Все они требуют источников питания постоянного тока. Таким образом, скорее всего война токов еще не закончена.

Война токов — это борьба двух принципов электроснабжения: локального (Эдисона) с питанием от местной низковольтной электростанции постоянного тока и централизованного (Вестингауза) в виде сети переменного тока с высоковольтными линиями электропередачи.

Главным аргументом сторонников Эдисона была сравнительно большая опасность высоковольтного оборудования переменного тока, подтвержденная опытами Брауна на живых существах, а также первой публичной казнью на электрическом стуле.

Но решающее преимущество системы Вестингауза — возможность электропитания множества удаленных потребителей — привело на первом этапе войны к ее победе в виде двухфазной системы, разработанной Теслой.

Завершающий этап войны, «битва славянинов», ознаменовал переход к современной структуре мирового электроснабжения на базе трехфазной системы Доливо–Добровольского.

Однако развитие электроники и ее широкое применение делает вероятным ренессанс в недалеком будущем систем передачи и распределения электроэнергии постоянного тока.

Источник

Война токов: противостояние Томаса Эдисона и Николы Теслы

В 2007 году Нью-Йорк окончательно перешел с постоянного тока на переменный. Так закончилось столетнее противостояние двух великих изобретателей.

Читайте также:  Полярность тока источника питания для сварки

В наше время преимущества переменного тока кажутся более чем очевидными, но в 80-х годах XIX века из-за вопроса, какой ток лучше и как выгоднее передавать электрическую энергию, разразилось острое противостояние. Главными фигурантами этой нешуточной битвы стали две конкурирующие фирмы — Edison Electric Light и Westinghouse Electric Corporation. В 1878 году гениальный американский изобретатель Томас Алва Эдисон основал свою собственную компанию, которая должна была решить проблему электрического освещения в быту. Задача стояла простая: вытеснить газовый рожок, но для этого электрический свет должен был стать более дешевым, ярким и доступным для всех.

Предвосхищая свои будущие открытия, Эдисон написал: «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешевым, что только богачи будут жечь свечи». Вначале ученый разработал план центральной электростанции, начертил схемы подводки линий электропередач к домам и фабрикам. В то время электричество получали с помощью динамо-машин, приводящихся в движение паром. Затем Эдисон приступил к усовершенствованию электрических лампочек, стремясь продлить их действие с имевшихся тогда 12 часов. Перебрав более 6 тысяч различных образцов для нити накаливания, Эдисон наконец остановился на бамбуке. Его будущий коллега Никола Тесла иронично отметил: «Если бы Эдисону пришлось найти иголку в стоге сена, он не стал бы терять время на то, чтобы определить ее более вероятное местонахождение. Напротив, он немедленно, с лихорадочным прилежанием пчелы начал бы осматривать соломинку за соломинкой, пока не отыскал бы искомое». 27 января 1880 года Эдисон получил патент на свою лампу, срок жизни которой был поистине фантастическим — 1200 часов. Чуть позже ученый запатентовал всю систему производства и распространения электроэнергии в Нью-Йорке.

Иллюстрация 1.jpg

В тот год, когда Эдисон занялся освещением американского мегаполиса, Никола Тесла поступил на философский факультет Пражского университета, но проучился там всего один семестр — на дальнейшее обучение не хватило денег. Затем он поступил в Высшее техническое училище в Граце, где стал изучать электротехнику и начал задумываться о несовершенстве электродвигателей постоянного тока. В 1882 году Эдисон запустил две электростанции постоянного тока — в Лондоне и Нью-Йорке, наладив производство динамо-машин, кабелей, лампочек и осветительных приборов. Спустя два года американский изобретатель создает новую корпорацию — Edison General Electric Company, куда вошли десятки компаний Эдисона, разбросанные по всей Америке и Европе.

В том же году Тесла придумал, как использовать явление вращающегося электромагнитного поля, а значит он мог попытаться сконструировать электродвигатель переменного тока. С этой идеей ученый отправился в парижское представительство Continental Edison Company, но в тот момент компания была занята выполнением крупного заказа — сооружения электростанции для железнодорожного вокзала Страсбурга, в ходе выполнения которого возникли многочисленные ошибки. Теслу отправили спасать ситуацию, и в требуемые сроки электростанция была достроена. Сербский ученый отправился в Париж, чтобы получить обещанную премию в 25 000 долларов, однако компания отказалась выплачивать деньги. Оскорбленный Тесла решил больше не иметь ничего общего с предприятиями Эдисона. Он поначалу хотел даже отправиться в Петербург, ведь Россия славилась в то время своими научными открытиями в области электротехники, в частности изобретениями Павла Николаевича Яблочкова и Дмитрия Александровича Лачинова. Однако, один из работников Континентальной компании уговорил Теслу отправиться в США и дал ему рекомендательное письмо к Эдисону: «Было бы непростительной ошибкой дать возможность уехать в Россию подобному таланту. Я знаю двух великих людей: один из них Вы, второй — этот молодой человек».

Иллюстрация 2.jpg

Прибыв в Нью-Йорк в 1884 году, Тесла приступает к работе в компании Edison Machine Works в качестве инженера по ремонту двигателей — генераторов постоянного тока. Тесла сразу же поделился с Эдисоном своими мыслями насчет переменного тока, но американского ученого идеи сербского коллеги не вдохновили — он очень неодобрительно отозвался и посоветовал Тесле заниматься на работе сугубо профессиональными делами, а не личными изысканиями. Год спустя Эдисон предлагает Тесле конструктивно улучшить машины постоянного тока и за это обещает премию в 50 тысяч долларов. Тесла тут же принялся за работу и очень скоро предоставил 24 варианта новых машин Эдисона, а также новый коммутатор и регулятор. Эдисон работу одобрил, но деньги платить отказался, пошутив при этом, что эмигрант плохо понимает американский юмор. С этого момента Эдисон и Тесла стали непримиримыми врагами.

На счету Эдисона значилось 1093 патента — такого количества изобретений не было ни у кого в мире. Неутомимый экспериментатор, он однажды провел в лаборатории 45 часов, не желая прерывать опыт. Эдисон был к тому же весьма умелым предпринимателем: все его компании приносили прибыль, правда богатство как таковое его мало интересовало. Деньги были нужны для работы: «Мне не нужны успехи богачей. Мне не нужно ни лошадей, ни яхт, на все это у меня нет времени. Мне нужна мастерская!» Однако, в 1886 году у корпорации Эдисона появился очень мощный конкурент — компания Westinghouse Electric Corporation. Первую 500-вольтную электростанцию переменного тока Джордж Вестингауз запустил в 1886 году в Грейт-Баррингтоне, штат Массачусетс.

Так, монополии Эдисона пришел конец, ведь преимущества новых электростанций были очевидны. В отличие от американского изобретателя-любителя, Вестингауз основательно знал физику, поэтому прекрасно понимал слабое звено электростанций постоянного тока. Все изменилось, когда он познакомился с Теслой и его изобретениями, выдав сербу патент на счетчик переменного тока и многофазный электромотор. Это были те самые изобретения, с которыми в свое время Тесла обращался в парижскую компанию Эдисона. Теперь Вестингауз выкупил у сербского ученого в общей сложности 40 патентов и заплатил 32-летнему изобретателю 1 миллион долларов.

Иллюстрация 3.png

В 1887 году в США уже работало более 100 электростанций постоянного тока, однако процветанию компаний Эдисона должен был наступить конец. Изобретатель понимал, что находится на грани финансового краха, а потому решил подать в суд на Westinghouse Electric Corporation за нарушение патентных прав. Однако, иск был отклонен, и тогда Эдисон развернул антипропагандистскую кампанию. Его главным козырем был тот факт, что переменный ток очень опасен для жизни. Вначале Эдисон занялся публичной демонстрацией убийств животных электрическими разрядами, а потом ему подвернулся очень удачный случай: губернатор Нью-Йорка захотел найти гуманный способ казни, альтернативу повешенью — Эдисон тут же заявил, что самой человечной считает смерть от переменного тока. Хотя лично он выступал за отмену смертной казни, тем не менее решить проблему удалось.

Для создания электрического стула Эдисон нанял инженера Гарольда Брауна, который приспособил для карательных целей генератор переменного тока Вестингауза. Ярый оппонент Эдисона был категорически против смертных казней и отказался продавать свое оборудование тюрьмам. Тогда Эдисон купил три генератора через подставных лиц. Вестингауз нанял приговоренным к смерти самых лучших адвокатов, одного из преступников удалось спасти: смертную казнь ему заменили пожизненным заключением. Нанятый Эдисоном журналист опубликовал огромную разоблачительную статью, обвиняя Вестингауза в тех мучениях, которые претерпел казненный.

Иллюстрация 4.jpg

«Черный пиар» Эдисона принес свои плоды: ему удалось отсрочить поражение, правда ненадолго. В 1893 году Вестингауз и Тесла выиграли заказ на освещение Чикагской ярмарки — 200 тысяч электрических лампочек работали от переменного тока, а спустя три года тандем ученых смонтировал на Ниагарском водопаде первую гидросистему для непрерывного питания переменным током города Баффало. Кстати, электростанции постоянного тока строились в Америке еще 30 лет, вплоть до 1920-х годов. Затем их строительство было прекращено, но эксплуатация продолжалась вплоть до начала XXI века. Тесла и Вестингауз выиграли «войну токов». А Эдисон отреагировал так: «Я никогда не терпел поражений. Я просто нашел 10 000 способов, которые не работают».

Источник