电流之战——特斯拉与爱迪生

尼古拉特斯拉和托马斯爱迪生在 19 世纪末的对抗可以称为真正的战争,他们的竞争仍然被称为电能传输技术将在世界上占据主导地位并非没有原因“电流之战”。

特斯拉的交流电线路或爱迪生的线路技术是一个真正划时代的争论,这一点直到 2007 年底才提出,纽约最终完成了对交流电网络的过渡,有利于特斯拉。

电流之战——特斯拉对爱迪生

第一台产生直流电的发电机可以很容易地连接到线路,从而连接到消费者,而交流发电机则需要与所连接的电力系统同步。

重要的是,为交流电设计的消费者最初并不存在,并且发明了直接为交流电供电设计的感应电动机的有效修改。 尼古拉·特斯拉 直到 1888 年,也就是爱迪生在伦敦启动第一座直流发电站六年后。

托马斯·爱迪生

爱迪生在 1880 年为其产生和分配直流电的系统申请专利后,其中包括三根电线——零、正 110 伏和负 110 伏,这位伟大的灯泡发明者现在有信心“他会让电灯变得如此便宜只有富人才会使用蜡烛。 »

因此,如上所述,第一个直流电厂由爱迪生于 1882 年 1 月在伦敦启动,几个月后在曼哈顿启动,到 1887 年,一百多个爱迪生直流电厂在美国运行。特斯拉当时正在为爱迪生工作。

尼古拉·特斯拉

尽管爱迪生的直流系统看似前景光明,但它们有一个非常明显的缺点。电线用于远距离传输电能,正如您所知,随着电线长度的增加,其电阻会增加,因此不可避免地会产生热损失。因此,这个问题需要一个解决方案——降低电线的电阻,使它们变粗,或者增加电压以降低电流。

那时,没有提高直流电压的有效方法,线路中的电压还没有超过 200 伏,因此只能在不超过 1.5 公里的距离内输送大量电力,如果此外,由于需要传输电力,因此需要使用昂贵的大截面电线。

乔治威斯汀豪斯

因此,在 1893 年,尼古拉·特斯拉和他的投资者、企业家乔治·威斯汀豪斯接到一份订单,要用 20 万个灯泡照亮芝加哥的一个集市。这是一场胜利。三年后,第一座交流电水力发电厂在尼亚加拉大瀑布建成,将电力输送到附近的布法罗市。

换句话说,到 1928 年,美国已经停止开发直流系统,完全相信交流电的优势。又过了 70 年,他们开始拆除,到 1998 年纽约的直流用户数量不超过 4600,到 2007 年一个都没有,当时联合爱迪生公司的总工程师象征性地切断了电缆和“直流电的战争”电流”结束了。

电椅

改用交流电对爱迪生打击很大,他感到很挫败,开始起诉侵犯他的专利权,但法官的判决对他不利。爱迪生并没有停下脚步,他开始组织公众示威,他用交流电杀死动物,试图让所有人相信使用交流电的危险,反之亦然——他的直流网络的安全性。

最终发展到 1887 年,爱迪生的搭档工程师哈罗德·布朗提议用致命的交流电处决罪犯。西屋和特斯拉为此没有提供发电机,甚至为被判处电椅死刑的妻子凯默聘请了律师。但这并没有挽救,1890 年,凯姆勒被交流电处决,爱迪生确保这位受贿的记者为此在他的报纸上向西屋电气公司泼了泥巴。

尽管爱迪生的公关一直很糟糕,但特斯拉的交流系统注定要成功。交流电压可以使用变压器轻松有效地升压,并通过电线传输数百公里的距离而不会造成太大损失。高压线路不需要使用粗导线,变电站电压的降低使得向用户提供低压以供应交流负载成为可能。

这要从 1885 年特斯拉从爱迪生公司退休开始,他与西屋公司一起购置了几台 Golar-Gibbs 变压器和一台由 Siemens & Halske 制造的交流发电机,然后在西屋公司的支持下开始了自己的实验。结果,实验开始一年后,第一座 500 伏发电厂在马萨诸塞州的大巴灵顿开始运行。

特斯拉多相电动机 

当时还没有适用于高效交流电的电机,1882 年特斯拉发明了多相电机,并于 1888 年获得专利,同年第一台交流电表出现。三相系统于 1891 年在美因河畔法兰克福的一次展览会上推出,1893 年西屋公司赢得了在尼亚加拉瀑布建造发电厂的招标。特斯拉相信,这座水力发电厂的能源足以供应整个美国。

尼亚加拉水电站

为了调和特斯拉和爱迪生的关系,尼亚加拉电力公司委托爱迪生修建一条从尼亚加拉瀑布站到布法罗市的电力线。结果,爱迪生旗下的通用电气收购了制造交流电机的汤姆森-休斯顿公司,并开始自己制造。

于是爱迪生又拿到了钱,但反 AC 的宣传并没有停止——他在报纸上发表并分发了 1903 年 AC 在纽约月神公园处决大象托普西的照片,大象踩踏了三名马戏团工作人员。

直流电和交流电——优点和缺点

从历史上看,直流电已广泛用于为交通运输中的串联励磁电动机供电。这种电机的优点在于它们以每分钟低转数产生高扭矩,并且可以通过简单地改变提供给电机励磁绕组的直流电压或通过变阻器来轻松调整该转数。

当励磁绕组的电源极性发生变化时,直流电机几乎可以瞬间改变旋转方向。因此,直流电动机仍然广泛应用于内燃机车、电力机车、有轨电车、无轨电车、各种电梯和起重机上。

直流电可以给白炽灯、各种工业电解装置、电镀、焊接供电没有问题;它还成功地用于为复杂的医疗设备供电。

当然,直流电在电气工程中是有用的,因为相应的电路易于计算和控制,所以到 1887 年美国有一百多个直流电厂也不是没有,其中的工作由托马斯·阿尔瓦·爱迪生 (Thomas Alva Edison) 领导。显然,DC 在不需要转换时很方便,即。电压升高或降低,这是直流电的主要缺点。

尽管爱迪生努力引入直流输电系统,但此类系统也有一个明显的缺点——需要使用大量材料和显着的传输损耗。

事实上,第一条直流线路中的电压不超过 200 伏,可以在距发电厂不超过 1.5 公里的距离内传输电力,而在传输过程中会消耗大量能量(记住 焦耳-楞次定律).

如果仍然需要在更远的距离上传输更多的电力,则必须使用又粗又重的电线,结果证明这是非常昂贵的。

型号 VLEP

1893 年,尼古拉特斯拉开始引入他的交流系统,由于交流的本质,该系统表现出高效率。可以使用变压器轻松转换交流电,增加电压,然后可以以最小的损耗将电能传输数公里。

这是因为当通过导线提供相同的功率时,由于电压升高,电流可以减小,因此传输损耗较小,所需的导线横截面也相应减小。这就是交流电网开始在世界范围内推广的原因。

机器和金属切割机中的异步电动机、感应炉由交流电供电;它们还可以为简单的白炽灯和任何其他有源负载供电。正是由于交流电,异步电动机和变压器彻底改变了电气工程。

如果出于某种目的需要直流电,例如给电池充电,现在总是可以借助整流器从交流电中获得。

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