สงครามแห่งกระแสน้ำ — เทสลาปะทะเอดิสัน

การเผชิญหน้าระหว่าง Nikola Tesla และ Thomas Edison ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 สามารถเรียกได้ว่าเป็นสงครามที่แท้จริงและไม่ใช่เพื่ออะไรที่การแข่งขันของพวกเขาซึ่งเทคโนโลยีการส่งพลังงานไฟฟ้าจะมีความโดดเด่นในโลกยังคงเรียกว่า "สงครามแห่งกระแสน้ำ"

เทคโนโลยีของเส้นไฟฟ้ากระแสสลับของเทสลาหรือเส้นของเอดิสันเป็นข้อโต้แย้งในยุคที่แท้จริงซึ่งเป็นประเด็นที่เกิดขึ้นในปลายปี 2550 เท่านั้นโดยเสร็จสิ้นการเปลี่ยนนิวยอร์กเป็นเครือข่ายกระแสสลับเพื่อสนับสนุนเทสลา

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกที่ผลิตไฟฟ้ากระแสตรงช่วยให้เชื่อมต่อกับสายไฟและเชื่อมต่อกับผู้บริโภคได้ง่าย ในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับต้องการการซิงโครไนซ์กับระบบไฟฟ้าที่เชื่อมต่อ

สิ่งสำคัญ ผู้บริโภคที่ออกแบบสำหรับกระแสสลับไม่มีอยู่เดิม และมีการคิดค้นการดัดแปลงที่มีประสิทธิภาพของมอเตอร์เหนี่ยวนำที่ออกแบบมาโดยตรงสำหรับแหล่งจ่ายกระแสสลับ นิโคลา เทสลา ไม่ถึงปี 1888 นั่นคือหกปีหลังจากเอดิสันเริ่มสร้างโรงไฟฟ้ากระแสตรงแห่งแรกในลอนดอน

หลังจากที่เอดิสันจดสิทธิบัตรระบบของเขาสำหรับผลิตและจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงในปี พ.ศ. 2423 ซึ่งรวมถึงสายไฟสามเส้น—ศูนย์ บวก 110 โวลต์ และลบ 110 โวลต์ ผู้ประดิษฐ์หลอดไฟผู้ยิ่งใหญ่ในตอนนี้มั่นใจว่า “เขาจะทำให้แสงสว่างไฟฟ้ามีราคาถูกมาก ที่คนรวยเท่านั้นที่จะใช้เทียนไข »

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น เอดิสันเปิดตัวโรงไฟฟ้ากระแสตรงแห่งแรกในเดือนมกราคม พ.ศ. 2425 ในลอนดอน ไม่กี่เดือนต่อมาในแมนฮัตตัน และในปี พ.ศ. 2430 โรงไฟฟ้ากระแสตรงของเอดิสันมากกว่าร้อยแห่งเปิดดำเนินการในสหรัฐอเมริกา เทสลากำลังทำงานให้กับเอดิสันในเวลานั้น

แม้ว่าระบบ DC ของเอดิสันจะดูสดใสในอนาคต แต่ก็มีข้อเสียเปรียบอย่างมาก สายไฟถูกใช้เพื่อถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าในระยะไกล และเมื่อความยาวของสายไฟเพิ่มขึ้น ดังที่คุณทราบ ความต้านทานของสายไฟจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงมีการสูญเสียความร้อนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้น ปัญหาจึงต้องมีวิธีแก้ปัญหา—เพื่อลดความต้านทานของสายไฟ ทำให้หนาขึ้น หรือเพิ่มแรงดันเพื่อลดกระแสไฟฟ้า

ในเวลานั้นไม่มีวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและแรงดันไฟฟ้าในสายยังไม่เกิน 200 โวลต์ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะส่งพลังงานที่สำคัญในระยะไม่เกิน 1.5 กม. และถ้า จำเป็นต้องถ่ายโอนไฟฟ้านอกจากนี้ยังมีสายไฟราคาแพงที่มีหน้าตัดขนาดใหญ่

ดังนั้นในปี 1893 Nikola Tesla และนักลงทุน George Westinghouse ซึ่งเป็นผู้ประกอบการของเขาจึงได้รับคำสั่งให้จุดไฟในงานในชิคาโกด้วยหลอดไฟสองแสนดวง มันเป็นชัยชนะสามปีต่อมา โรงไฟฟ้าพลังน้ำกระแสสลับแห่งแรกถูกสร้างขึ้นที่น้ำตกไนแอการาเพื่อส่งกระแสไฟฟ้าไปยังเมืองบัฟฟาโลที่อยู่ใกล้เคียง

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในปี พ.ศ. 2471 สหรัฐอเมริกาได้หยุดพัฒนาระบบไฟฟ้ากระแสตรงแล้ว โดยเชื่อมั่นอย่างเต็มที่ถึงข้อดีของไฟฟ้ากระแสสลับ หลังจากนั้นอีก 70 ปี การรื้อถอนก็เริ่มขึ้น ในปี 1998 จำนวนผู้ใช้ไฟฟ้ากระแสตรงในนิวยอร์กไม่เกิน 4,600 ราย และในปี 2007 ไม่เหลือเลย เมื่อหัวหน้าวิศวกรของ Consolidated Edison ทำสัญลักษณ์ตัดสายเคเบิลและ "สงครามแห่ง กระแส" จบลงแล้ว

การเปลี่ยนไปใช้ไฟฟ้ากระแสสลับกระทบเอดิสันอย่างหนักในกระเป๋า และรู้สึกพ่ายแพ้ เขาจึงเริ่มฟ้องร้องในข้อหาละเมิดสิทธิบัตรของเขา แต่คำตัดสินของผู้พิพากษาไม่เข้าข้างเขา เอดิสันไม่หยุด เขาเริ่มจัดการสาธิตสาธารณะที่เขาฆ่าสัตว์ด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ พยายามโน้มน้าวทุกคนและทุกคนถึงอันตรายของการใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ และในทางกลับกัน ความปลอดภัยของเครือข่ายไฟฟ้ากระแสตรงของเขา

ในที่สุดมันก็มาถึงจุดที่ในปี 1887 หุ้นส่วนของเอดิสัน วิศวกรแฮโรลด์ บราวน์ เสนอให้ประหารชีวิตอาชญากรด้วยไฟฟ้ากระแสสลับที่อันตรายถึงชีวิต เวสติ้งเฮาส์และเทสลาไม่ได้จัดหาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับสิ่งนี้ และยังจ้างทนายความให้กับเคมเมอร์ ภรรยาของเขาซึ่งถูกตัดสินประหารชีวิตด้วยเก้าอี้ไฟฟ้า แต่สิ่งนี้ไม่ได้ช่วยให้รอด และในปี 1890 Kemmler ถูกประหารชีวิตด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ และ Edison เห็นว่านักข่าวที่ติดสินบนได้โยนโคลนใส่ Westinghouse เพื่อสิ่งนี้ในหนังสือพิมพ์ของเขา

แม้ว่าเอดิสันจะมีการประชาสัมพันธ์ที่ไม่ดีอย่างต่อเนื่อง แต่ระบบ AC ของเทสลาก็ถูกกำหนดให้ประสบความสำเร็จแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างง่ายดายและมีประสิทธิภาพโดยใช้หม้อแปลงและส่งผ่านสายไฟในระยะทางหลายร้อยกิโลเมตรโดยไม่สูญเสียมากนัก สายไฟฟ้าแรงสูงไม่จำเป็นต้องใช้ตัวนำหนา และการลดแรงดันไฟฟ้าในสถานีย่อยของหม้อแปลงทำให้สามารถจ่ายแรงดันต่ำให้กับผู้บริโภคเพื่อจ่ายโหลดไฟฟ้ากระแสสลับได้

เริ่มต้นด้วยความจริงที่ว่าในปี 1885 Tesla ลาออกจาก Edison และร่วมกับ Westinghouse ได้ซื้อหม้อแปลง Golar-Gibbs และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับหลายเครื่องที่ผลิตโดย Siemens & Halske จากนั้นด้วยการสนับสนุนของ Westinghouse เขาจึงเริ่มการทดลองของตัวเอง ผลก็คือ หนึ่งปีหลังจากการทดลองเริ่มขึ้น โรงไฟฟ้าขนาด 500 โวลต์แห่งแรกเริ่มดำเนินการในเมืองเกรตแบร์ริงตัน รัฐแมสซาชูเซตส์

ขณะนั้นไม่มีมอเตอร์ใดที่เหมาะกับไฟฟ้ากระแสสลับที่มีประสิทธิภาพ และในปี พ.ศ. 2425 เทสลาได้ประดิษฐ์มอเตอร์ไฟฟ้าแบบโพลีเฟส ซึ่งเป็นสิทธิบัตรที่เขาได้รับในปี พ.ศ. 2431 ซึ่งเป็นปีเดียวกับที่เครื่องวัดไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรกปรากฏขึ้น ระบบสามเฟสได้รับการแนะนำในแฟรงก์เฟิร์ต อัม ไมน์ในงานนิทรรศการในปี พ.ศ. 2434 และในปี พ.ศ. 2436 เวสติงเฮาส์ชนะการประกวดราคาเพื่อสร้างโรงไฟฟ้าในน้ำตกไนแอการา เทสลาเชื่อว่าพลังงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแห่งนี้จะเพียงพอสำหรับทั้งสหรัฐอเมริกา

เพื่อให้เทสลาและเอดิสันคืนดีกัน บริษัท Niagara Power ได้มอบหมายให้เอดิสันสร้างสายไฟจากสถานี Niagara Falls ไปยังเมือง Buffalo เป็นผลให้บริษัท General Electric ซึ่งเป็นเจ้าของโดย Edison ได้ซื้อบริษัท Thomson-Houston ซึ่งผลิตเครื่อง AC และเริ่มผลิตเอง

ดังนั้นเอดิสันจึงได้เงินอีกครั้ง แต่การประชาสัมพันธ์ต่อต้านเอซีไม่ได้หยุดลง เขาตีพิมพ์และเผยแพร่ภาพการประหารชีวิตโดยเอซีของท็อปซี่ ช้างกระทืบคนงานคณะละครสัตว์สามคนที่ลูนาพาร์คในนิวยอร์กในหนังสือพิมพ์ในปี 2446

ไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ—ข้อดีและข้อเสีย

ในอดีต ไฟฟ้ากระแสตรงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอนุกรมในการขนส่ง มอเตอร์ดังกล่าวมีข้อดีตรงที่พวกเขาพัฒนาแรงบิดสูงที่จำนวนรอบต่อนาทีต่ำ และจำนวนรอบนี้สามารถปรับได้อย่างง่ายดายเพียงแค่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่จ่ายให้กับมอเตอร์ฟิลด์ที่คดเคี้ยวหรือโดยรีโอสแตท

มอเตอร์กระแสตรงสามารถเปลี่ยนทิศทางการหมุนได้เกือบจะในทันทีเมื่อขั้วของแหล่งจ่ายไปยังสนามที่คดเคี้ยวเปลี่ยนไป ดังนั้น มอเตอร์กระแสตรงยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในหัวรถจักรดีเซล หัวรถจักรไฟฟ้า รถราง รถราง ลิฟต์และเครนต่างๆ

ไฟฟ้ากระแสตรงสามารถใช้กับหลอดไส้ อุปกรณ์อิเล็กโทรลิซิสในอุตสาหกรรมต่างๆ การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า การเชื่อมโดยไม่มีปัญหา มันยังถูกใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์การแพทย์ที่ซับซ้อนอีกด้วย

แน่นอนว่าไฟฟ้ากระแสตรงมีประโยชน์ในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าเนื่องจากวงจรที่เกี่ยวข้องนั้นง่ายต่อการคำนวณและควบคุมง่าย ไม่ใช่เพื่ออะไรที่ในปี 1887 ในสหรัฐอเมริกามีโรงไฟฟ้ากระแสตรงมากกว่าร้อยแห่งซึ่งเป็นงานที่ นำโดยบริษัทของโทมัส อัลวา เอดิสัน เห็นได้ชัดว่า DC สะดวกเมื่อไม่จำเป็นต้องแปลง เช่น การเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าซึ่งเป็นข้อเสียเปรียบหลักของไฟฟ้ากระแสตรง

แม้ว่าเอดิสันจะพยายามแนะนำระบบส่งไฟฟ้ากระแสตรง แต่ระบบดังกล่าวก็มีข้อเสียเปรียบอย่างมากเช่นกัน กล่าวคือจำเป็นต้องใช้วัสดุจำนวนมากและสูญเสียกำลังส่งอย่างมาก

ความจริงก็คือแรงดันไฟฟ้าในสาย DC เส้นแรกไม่เกิน 200 โวลต์และสามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้ในระยะทางไม่เกิน 1.5 กม. จากโรงไฟฟ้าในขณะที่พลังงานจำนวนมากถูกกระจายไประหว่างการส่ง (จำไว้ กฎของจูล-เลนซ์).

หากยังจำเป็นต้องส่งพลังงานมากขึ้นในระยะทางที่ไกลขึ้น ก็ต้องใช้สายไฟหนาและมีราคาแพงมาก

ในปี พ.ศ. 2436 นิโคลา เทสลาเริ่มแนะนำระบบไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งมีประสิทธิภาพสูงเนื่องจากธรรมชาติของไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสสลับสามารถแปลงได้ง่ายโดยใช้หม้อแปลง เพิ่มแรงดันไฟฟ้า จากนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าเป็นระยะทางหลายกิโลเมตรโดยสูญเสียน้อยที่สุด

นี่เป็นเพราะเมื่อจ่ายพลังงานเดียวกันผ่านสายไฟ กระแสสามารถลดลงเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นการสูญเสียในการส่งจึงน้อยลงและส่วนตัดขวางของลวดที่ต้องการก็จะลดลงตามไปด้วย ด้วยเหตุนี้จึงเริ่มมีการนำกริดไฟฟ้ากระแสสลับไปใช้ทั่วโลก

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสในเครื่องจักรและเครื่องตัดโลหะ, เตาแม่เหล็กไฟฟ้าจะจ่ายกระแสสลับ; พวกเขายังสามารถจ่ายไฟให้กับหลอดไส้ธรรมดาและโหลดที่ใช้งานอยู่อื่นๆ มอเตอร์และหม้อแปลงแบบอะซิงโครนัสปฏิวัติวิศวกรรมไฟฟ้าอย่างแม่นยำเนื่องจากกระแสสลับ

หากจำเป็นต้องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อจุดประสงค์บางอย่าง เช่น เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ ตอนนี้กระแสไฟสามารถได้รับจากกระแสสลับด้วยความช่วยเหลือของวงจรเรียงกระแส