Střídavý proud - Alternating current

Střídavý proud (zelená křivka). Vodorovná osa měří čas (představuje také nulové napětí/proud); svislá, proudová nebo napěťová.

Střídavý proud ( AC ) je elektrický proud, který periodicky mění směr a mění svou velikost plynule s časem na rozdíl od stejnosměrného proudu (DC), který proudí pouze jedním směrem. Střídavý proud je forma, ve které je elektrická energie dodávána do podniků a rezidencí, a je to forma elektrické energie, kterou spotřebitelé obvykle používají při zapojování kuchyňských spotřebičů , televizorů, ventilátorů a elektrických lamp do zásuvky ve zdi . Běžným zdrojem stejnosměrného napájení je bateriový článek ve svítilně . Zkratky AC a DC se často používají k označení jednoduše střídavých a přímých , jako když mění proud nebo napětí .

Obvyklý průběh střídavého proudu ve většině obvodů elektrické energie je sinusová vlna , jejíž kladná poloviční perioda odpovídá kladnému směru proudu a naopak. V určitých aplikacích, jako jsou kytarové zesilovače , se používají různé průběhy, například trojúhelníkové vlny nebo čtvercové vlny . Zvukové a rádiové signály přenášené na elektrických vodičích jsou také příklady střídavého proudu. Tyto typy střídavého proudu nesou informace, jako je zvuk (zvuk) nebo obrázky (video), někdy přenášené modulací signálu nosného střídavého proudu. Tyto proudy se obvykle střídají na vyšších frekvencích, než jaké se používají při přenosu energie.

Přenos, distribuce a domácí napájení

Schematické znázornění přenosu elektrické energie na dlouhé vzdálenosti. Zleva doprava: G = generátor, U = zesilovací transformátor, V = napětí na začátku přenosového vedení, Pt = výkon vstupující do přenosového vedení, I = proud ve vodičích, R = celkový odpor ve vodičích, Pw = výkon ztracený v přenosu vedení, Pe = výkon dosahující konce přenosového vedení, D = sestupný transformátor, C = spotřebitelé.

Elektrická energie je distribuována jako střídavý proud, protože střídavé napětí lze pomocí transformátoru zvýšit nebo snížit . To umožňuje efektivní přenos energie přes elektrické vedení při vysokém napětí, což snižuje energii ztracenou jako teplo v důsledku odporu drátu a transformuje se na nižší, bezpečnější napětí pro použití. Použití vyššího napětí vede k výrazně efektivnějšímu přenosu energie. Ztráty výkonu ( ) v drátu jsou součinem druhé mocniny proudu (I) a odporu (R) drátu, popsaného vzorcem:

To znamená, že při přenosu pevného výkonu na daném vodiči, pokud je proud snížen na polovinu (tj. Napětí je zdvojnásobeno), bude ztráta výkonu v důsledku odporu vodiče snížena na jednu čtvrtinu.

Přenášený výkon se rovná součinu proudu a napětí (za předpokladu, že není žádný fázový rozdíl); to znamená,

V důsledku toho výkon přenášený při vyšším napětí vyžaduje menší ztrátový proud než pro stejný výkon při nižším napětí. Napájení je často přenášeno ve stovkách kilovoltů na pylonech a transformováno až na desítky kilovoltů, aby bylo přenášeno na nižších úrovních linek, a nakonec transformováno až na 100 V - 240 V pro domácí použití.

Třífázové vysokého napětí přenosové linky pomocí střídavých proudů pro distribuci energie na velké vzdálenosti mezi elektrickými generace rostlin a spotřebitelů. Čáry na obrázku se nacházejí ve východním Utahu .

Vysoká napětí mají nevýhody, jako je požadovaná zvýšená izolace a obecně zvýšené potíže při jejich bezpečné manipulaci. V elektrárně se energie generuje vhodným napětím pro konstrukci generátoru a poté se zvýší na vysoké napětí pro přenos. V blízkosti zátěže je přenosové napětí sníženo na napětí používané zařízením. Spotřebitelská napětí se poněkud liší v závislosti na zemi a velikosti zátěže, ale obecně jsou motory a osvětlení konstruovány tak, aby mezi fázemi používaly až několik stovek voltů. Napětí dodávané do zařízení, jako je osvětlení a zátěž motoru, je standardizováno s přípustným rozsahem napětí, nad kterým se očekává, že zařízení bude fungovat. Standardní napětí pro využití energie a procentuální tolerance se liší v různých síťových napájecích systémech na světě. Vysokonapěťové stejnosměrné (HVDC) systémy přenosu elektrické energie se staly životaschopnějšími, protože technologie poskytuje účinné prostředky ke změně napětí stejnosměrného proudu. Přenos vysokonapěťovým stejnosměrným proudem nebyl v počátcích přenosu elektrické energie proveditelný , protože tehdy neexistoval žádný ekonomicky schůdný způsob, jak snížit napětí DC pro aplikace koncových uživatelů, jako je osvětlení žárovek.

Třífázová elektrická generace je velmi běžná. Nejjednodušším způsobem je použít tři samostatné cívky ve statoru generátoru , vzájemně fyzicky kompenzované úhlem 120 ° (jedna třetina úplné 360 ° fáze). Jsou vytvořeny tři průběhy proudu, které mají stejnou velikost a 120 ° mimo fázi . Pokud jsou cívky přidány opačně (rozteč 60 °), generují stejné fáze s obrácenou polaritou, a tak je lze jednoduše zapojit dohromady. V praxi se běžně používají vyšší „pólové řády“. Například 12pólový stroj by měl 36 cívek (rozteč 10 °). Výhodou je, že ke generování stejné frekvence lze použít nižší otáčky. Například 2pólový stroj běžící při 3600 otáčkách za minutu a 12pólový stroj běžící při 600 otáčkách za minutu produkují stejnou frekvenci; nižší rychlost je výhodnější u větších strojů. Pokud je zatížení třífázového systému rovnoměrně vyváženo mezi fázemi, neutrální bod neproudí žádný proud . I v nejhorším případě nevyvážené (lineární) zatížení neutrální proud nepřekročí nejvyšší z fázových proudů. Nelineární zátěže (např. Široce používané spínané napájecí zdroje) mohou vyžadovat předimenzovanou nulovou sběrnici a nulový vodič v předřazeném distribučním panelu pro zvládnutí harmonických . Harmonické mohou způsobit, že úrovně proudu neutrálního vodiče překročí úroveň jednoho nebo všech fázových vodičů.

Pro třífázové napájecí napětí se často používá čtyřvodičový systém. Při snižování výkonu třífázově se často používá transformátor s primárním trojúhelníkem (Delta) a sekundárním hvězdicovým (4vodičovým, středovým uzemněním), takže na straně napájení není nulový vodič. U menších zákazníků (jak malé se liší podle země a věku instalace) se do nemovitosti odebírá pouze jedna fáze a neutrál, nebo dvě fáze a neutrál. U větších instalací jsou všechny tři fáze a neutrál převedeny na hlavní rozvodný panel. Z třífázového hlavního panelu mohou odcházet jednofázové i třífázové obvody. Třívodičové jednofázové systémy s jedním transformátorem se středovým odbočením, který dává dva živé vodiče, jsou běžným distribučním schématem pro obytné a malé komerční budovy v Severní Americe. Toto uspořádání je někdy nesprávně označováno jako „dvoufázové“. Podobná metoda se používá z jiného důvodu na stavbách ve Velké Británii. Drobné elektrické nářadí a osvětlení by měl dodávat místní transformátor se středovým závitem s napětím 55 V mezi každým silovým vodičem a zemí. To významně snižuje riziko úrazu elektrickým proudem v případě, že se jeden z vodičů pod napětím odhalí při poruše zařízení, a přitom ponechá rozumné napětí 110 V mezi dvěma vodiči pro chod nástrojů.

Třetí vodič , nazvaný vazba (nebo zemina) dráty, je často spojen mezi non-proudovodné kovové skříně a uzemnění. Tento vodič poskytuje ochranu před úrazem elektrickým proudem v důsledku náhodného kontaktu vodičů obvodu s kovovým šasi přenosných spotřebičů a nástrojů. Sloučení všech kovových částí, které nenesou proud, do jednoho kompletního systému zajišťuje, že vždy existuje cesta s nízkou elektrickou impedancí k zemi, která je dostatečná k tomu, aby vedla jakýkoli poruchový proud tak dlouho, jak systém potřebuje odstranit poruchu. Tato cesta s nízkou impedancí umožňuje maximální množství poruchového proudu, což způsobí, že nadproudové ochranné zařízení (jističe, pojistky) se vypne nebo spálí tak rychle, jak je to možné, a uvede elektrický systém do bezpečného stavu. Všechny propojovací vodiče jsou spojeny se zemí na hlavním servisním panelu, stejně jako neutrální/identifikovaný vodič, je -li přítomen.

Frekvence napájecího zdroje

Frekvence elektrického systému se liší podle země a někdy v zemi; většina elektrické energie se vyrábí buď při 50 nebo 60  Hz . Některé země mají kombinaci dodávek 50 Hz a 60 Hz, zejména přenos elektrické energie v Japonsku . Nízká frekvence usnadňuje konstrukci elektromotorů, zejména pro zdvihací, drtící a válcovací aplikace, a trakční motory komutátorového typu pro aplikace, jako jsou železnice . Nízká frekvence však také způsobuje znatelné blikání v obloukových lampách a žárovkách . Použití nižších frekvencí také poskytlo výhodu nižších ztrát impedance, které jsou úměrné frekvenci. Původní generátory Niagara Falls byly postaveny tak, aby produkovaly výkon 25 Hz, jako kompromis mezi nízkou frekvencí pro trakční a těžké indukční motory, a přitom stále umožňovaly provoz žárovkového osvětlení (i když se znatelným blikáním). Většina 25 Hz rezidenčních a komerčních zákazníků pro energii Niagara Falls byla převedena na 60 Hz koncem padesátých let, ačkoli na začátku 21. století stále existovali někteří 25 Hz průmysloví zákazníci. Výkon 16,7 Hz (dříve 16 2/3 Hz) se stále používá v některých evropských železničních systémech, například v Rakousku , Německu , Norsku , Švédsku a Švýcarsku . Off-shore, vojenský, textilní průmysl, námořní, letadlové a kosmické aplikace někdy používají 400 Hz, pro výhody snížené hmotnosti zařízení nebo vyšších rychlostí motoru. Počítačové systémy sálových počítačů byly často napájeny frekvencí 400 Hz nebo 415 Hz, aby bylo dosaženo výhod redukce zvlnění, a přitom byly použity menší interní konverzní jednotky AC na DC.

Účinky při vysokých frekvencích

Tesla coil produkovat vysokofrekvenční proud, který je neškodný pro člověka, ale zapálí zářivku , když přinesl vedle něj

Stejnosměrný proud proudí rovnoměrně po průřezu stejnoměrného drátu. Střídavý proud jakékoli frekvence je vynucen pryč od středu drátu směrem k jeho vnějšímu povrchu. To je proto, že zrychlení z elektrického náboje na střídavý proud, vytváří vlny z elektromagnetického záření , které zrušit šíření elektrické energie směrem ke středu materiálu s vysokou vodivostí . Tento jev se nazývá kožní efekt . Při velmi vysokých frekvencí proud již proudí ve vedení, ale účinně teče na povrchu drátu, a to v tloušťce několika kožních hloubkách . Hloubka kůže je tloušťka, při které je proudová hustota snížena o 63%. I při relativně nízkých frekvencích používaných pro přenos energie (50 Hz-60 Hz) stále dochází k nerovnoměrnému rozdělení proudu v dostatečně silných vodičích . Například hloubka kůže měděného vodiče je přibližně 8,57 mm při 60 Hz, takže vodiče vysokého proudu jsou obvykle duté, aby se snížila jejich hmotnost a náklady. Protože proud má tendenci proudit po obvodu vodičů, efektivní průřez vodiče je zmenšen. To zvyšuje efektivní střídavý odpor vodiče, protože odpor je nepřímo úměrný ploše průřezu. Odpor střídavého proudu je často mnohonásobně vyšší než odpor stejnosměrného proudu, což způsobuje mnohem vyšší energetické ztráty v důsledku ohmického ohřevu (také nazývané ztráta I 2 R).

Techniky snižování odporu AC

Pro nízké až střední frekvence lze vodiče rozdělit na splétané dráty, každý izolovaný od ostatních, přičemž relativní polohy jednotlivých vláken jsou speciálně uspořádány ve svazku vodičů. Drát konstruovaný touto technikou se nazývá Litzův drát . Toto opatření pomáhá částečně zmírnit účinek kůže vynucením rovnoměrnějšího proudu v celém průřezu spletených vodičů. Litzový drát se používá k výrobě induktorů s vysokým Q , snížení ztrát u flexibilních vodičů přenášejících velmi vysoké proudy na nižších frekvencích a ve vinutí zařízení přenášejících vyšší radiofrekvenční proud (až stovky kilohertzů), jako jsou spínané napájecí zdroje a vysokofrekvenční transformátory .

Techniky snižování ztrát radiace

Jak již bylo napsáno výše, střídavý proud se skládá z elektrického náboje v rámci periodické zrychlení , což způsobuje záření z elektromagnetických vln . Energie, která je vyzařována, je ztracena. V závislosti na frekvenci se používají různé techniky k minimalizaci ztrát způsobených zářením.

Kroucené páry

Na frekvencích až asi 1 GHz jsou páry vodičů stočeny dohromady v kabel a tvoří kroucený pár . To snižuje ztráty způsobené elektromagnetickým zářením a indukční vazbou . S vyváženým signalizačním systémem musí být použit kroucený pár, aby oba vodiče vedly stejné, ale opačné proudy. Každý vodič v krouceném páru vyzařuje signál, ale ten je účinně rušen zářením z druhého drátu, což má za následek téměř žádnou ztrátu záření.

Koaxiální kabely

Koaxiální kabely se pro pohodlí běžně používají na zvukových frekvencích a výše. Koaxiální kabel má vodivý vodič uvnitř vodivé trubice, oddělený dielektrickou vrstvou. Proud tekoucí na povrchu vnitřního vodiče je stejný a protichůdný k proudu tekoucímu na vnitřním povrchu vnější trubice. Elektromagnetické pole je tedy zcela obsaženo v trubici a (v ideálním případě) se žádná energie neztrácí zářením nebo spojkou mimo trubici. Koaxiální kabely mají přijatelně malé ztráty pro frekvence až asi 5 GHz. U mikrovlnných frekvencí větších než 5 GHz jsou ztráty (způsobené hlavně dielektrikem oddělujícím vnitřní a vnější trubice neideálním izolátorem) příliš velké, což činí z vlnovodů účinnější médium pro přenos energie. Koaxiální kabely často používají k oddělení vnitřních a vnějších vodičů perforovanou dielektrickou vrstvu, aby se minimalizoval výkon rozptylovaný dielektrikem.

Vlnovody

Vlnovody jsou podobné koaxiálním kabelům, protože oba se skládají z trubek, přičemž největší rozdíl spočívá v tom, že vlnovody nemají žádný vnitřní vodič. Vlnovody mohou mít libovolný libovolný průřez, ale nejběžnější jsou obdélníkové průřezy. Protože vlnovody nemají vnitřní vodič pro přenos zpětného proudu, vlnovody nemohou dodávat energii pomocí elektrického proudu , ale spíše pomocí vedeného elektromagnetického pole . Ačkoli povrchové proudy proudí na vnitřních stěnách vlnovodů, tyto povrchové proudy nepřenášejí energii. Energii přenášejí vedená elektromagnetická pole. Povrchové proudy jsou vytvářeny vedenými elektromagnetickými poli a mají za následek udržování polí uvnitř vlnovodu a zabránění úniku polí do prostoru mimo vlnovod. Vlnovody mají rozměry srovnatelné s vlnovou délkou přenášeného střídavého proudu, takže jsou proveditelné pouze při mikrovlnných frekvencích. Kromě této mechanické proveditelnosti způsobuje elektrický odpor neideálních kovů tvořících stěny vlnovodu ztrátový výkon (povrchové proudy tekoucí na ztrátové vodiče rozptylují energii). Na vyšších frekvencích se ztráta energie tímto disipací stává nepřijatelně velkou.

Vláknová optika

Při frekvencích větších než 200 GHz se rozměry vlnovodu stávají neprakticky malými a ohmické ztráty ve stěnách vlnovodu se zvětšují. Místo toho lze použít vláknové optiky , které jsou formou dielektrických vlnovodů. Pro takové frekvence se již nepoužívají koncepty napětí a proudů.

Matematika střídavých napětí

Sinusové střídavé napětí.
  1. Peak, také amplituda,
  2. Peak-to-peak,
  3. Efektivní hodnota,
  4. Doba
Sinusová vlna v jednom cyklu (360 °). Přerušovaná čára představuje hodnotu průměrné odmocniny (RMS) přibližně 0,707.

Střídavé proudy jsou doprovázeny (nebo způsobeny) střídavým napětím. Střídavé napětí v lze matematicky popsat jako funkci času podle následující rovnice:

,

kde

  • je špičkové napětí (jednotka: volt ),
  • je úhlová frekvence (jednotka: radiány za sekundu ).
    Úhlová frekvence souvisí s fyzickou frekvencí (jednotka: hertz ), která představuje počet cyklů za sekundu, podle rovnice .
  • je čas (jednotka: sekunda ).

Hodnota špička-špička střídavého napětí je definována jako rozdíl mezi jeho kladným a záporným vrcholem. Protože maximální hodnota je +1 a minimální hodnota je −1, střídavé napětí se mění mezi a . Špičkové napětí, obvykle psané jako nebo , je proto .

Napájení

Vztah mezi napětím a dodaným výkonem je:

kde představuje odpor zatížení.

Spíše než používat okamžitý výkon je praktičtější použít časově zprůměrovaný výkon (kde se zprůměrování provádí z libovolného celočíselného počtu cyklů). Z tohoto důvodu, AC napětí je často vyjádřena jako střední kvadratická (RMS) hodnoty, které lze zapsat , protože

Oscilace výkonu

Kořenové střední kvadratické napětí

Pod křivkou AC se předpokládá (bez DC složky ).

RMS napětí je druhá odmocnina průměru za jeden cyklus druhé mocniny okamžitého napětí.

  • Pro libovolný periodický průběh období :
  • Pro sinusové napětí:
    kde byla použita goniometrická identita a faktor se nazývá činitel výkyvu , který se mění pro různé průběhy.
  • Pro trojúhelníkový průběh se středem kolem nuly
  • Pro čtvercový průběh se středem kolem nuly

Příklady střídavého proudu

Pro ilustraci těchto konceptů zvažte síťový zdroj 230 V AC používaný v mnoha zemích po celém světě. Říká se tomu proto, že jeho kořenová střední kvadratická hodnota je 230 V. To znamená, že dodaný časově zprůměrovaný výkon je ekvivalentní výkonu dodávanému stejnosměrným napětím 230 V. K určení špičkového napětí (amplitudy) můžeme přeskupit nad rovnicí pro:

Pro 230 V AC je tedy špičkové napětí asi 325 V. V průběhu jednoho cyklu napětí stoupne z nuly na 325 V, klesne z nuly na −325 V a vrátí se na nulu.

Přenos informací

K přenosu informací se používá střídavý proud , jako v případě telefonní a kabelové televize . Informační signály jsou přenášeny v širokém rozsahu střídavých frekvencí. Telefonní signály POTS mají frekvenci přibližně 3 kHz, blízkou frekvenci zvuku v základním pásmu . Kabelová televize a další kabely přenášené informační proudy se mohou střídat na frekvencích desítek až tisíc megahertzů. Tyto frekvence jsou podobné frekvencím elektromagnetických vln, které se často používají k přenosu stejných typů informací vzduchem .

Dějiny

Prvním alternátorem, který vyráběl střídavý proud, byl elektrický generátor dynama založený na principech Michaela Faradaye zkonstruovaných francouzským výrobcem nástrojů Hippolyte Pixii v roce 1832. Pixii později ke svému zařízení přidal komutátor k výrobě (tehdy) běžněji používaného stejnosměrného proudu. Nejstarší zaznamenanou praktickou aplikaci střídavého proudu má Guillaume Duchenne , vynálezce a vývojář elektroléčby . V roce 1855 oznámil, že AC je lepší než stejnosměrný proud pro elektroterapeutické spouštění svalových kontrakcí. Technologie střídavého proudu byla dále vyvinuta maďarskou společností Ganz Works (70. léta 19. století) a v 80. letech 19. století: Sebastian Ziani de Ferranti , Lucien Gaulard a Galileo Ferraris .

V roce 1876 ruský inženýr Pavel Yablochkov vynalezl osvětlovací systém, kde byly podél vysokonapěťového střídavého vedení instalovány sady indukčních cívek. Namísto změny napětí přenášela primární vinutí energii na sekundární vinutí, která byla připojena k jedné nebo několika ‚elektrickým svíčkám‘ (obloukovým lampám) jeho vlastní konstrukce, sloužící k tomu, aby selhání jedné lampy nezpůsobilo vyřazení celého obvodu. V roce 1878 začala továrna Ganz v Budapešti v Maďarsku vyrábět zařízení pro elektrické osvětlení a do roku 1883 instalovala v Rakousku-Uhersku přes padesát systémů. Jejich střídavé systémy používaly obloukové a žárovkové žárovky, generátory a další zařízení.

Transformátory

Systémy střídavého proudu mohou pomocí transformátorů měnit napětí z nízké na vysokou úroveň a zpět, což umožňuje generování a spotřebu při nízkém napětí, ale přenos, možná na velké vzdálenosti, při vysokém napětí, s úsporou nákladů na vodiče a ztrátami energie. Bipolární napájecí transformátor s otevřeným jádrem vyvinutý Lucienem Gaulardem a Johnem Dixonem Gibbsem byl představen v Londýně v roce 1881 a vzbudil zájem Westinghouse . Vystavovali také vynález v Turíně v roce 1884. Tyto rané indukční cívky s otevřenými magnetickými obvody jsou však při přenosu energie na zátěže neúčinné . Asi do roku 1880 byl paradigmatem pro přenos střídavého proudu z vysokonapěťového zdroje do zátěže s nízkým napětím sériový obvod. Transformátory s otevřeným jádrem s poměrem blízkým 1: 1 byly spojeny se svými primárními jednotkami v sérii, aby umožnily použití vysokého napětí pro přenos a současně představovaly nízké napětí pro žárovky. Základní chybou této metody bylo, že vypnutí jedné lampy (nebo jiného elektrického zařízení) ovlivnilo napětí dodávané všem ostatním ve stejném obvodu. Bylo zavedeno mnoho návrhů nastavitelných transformátorů, které kompenzují tuto problematickou charakteristiku sériového obvodu, včetně těch, které používají způsoby nastavení jádra nebo obcházení magnetického toku kolem části cívky. Systémy stejnosměrného proudu neměly tyto nevýhody, což mu dávalo značné výhody oproti dřívějším systémům střídavého proudu.

Průkopníci

Maďarský tým „ZBD“ ( Károly Zipernowsky , Ottó Bláthy , Miksa Déri ), vynálezci prvního vysoce účinného transformátoru s uzavřeným jádrovým připojením
Prototyp transformátoru ZBD vystavený na výstavě Széchenyi István Memorial Exhibition, Nagycenk v Maďarsku

Na podzim roku 1884 Károly Zipernowsky , Ottó Bláthy a Miksa Déri (ZBD), tři inženýři spojení s Ganzovými pracemi v Budapešti, zjistili, že zařízení s otevřeným jádrem jsou nepraktická, protože nejsou schopna spolehlivě regulovat napětí. Ve svých společných patentových přihláškách z roku 1885 na nové transformátory (později nazývané transformátory ZBD) popsali dva návrhy s uzavřenými magnetickými obvody, kde měděné vinutí bylo buď navinuto kolem prstencového jádra železných drátů, nebo bylo obklopeno jádrem železných drátů. V obou provedeních magnetický tok spojující primární a sekundární vinutí cestoval téměř výhradně v mezích železného jádra, bez záměrné cesty vzduchem (viz toroidní jádra ). Nové transformátory byly 3,4krát účinnější než bipolární zařízení s otevřeným jádrem od Gaularda a Gibbse. Továrna Ganz v roce 1884 dodala prvních pět vysoce účinných střídavých transformátorů na světě. Tato první jednotka byla vyrobena podle následujících specifikací: 1400 W, 40 Hz, 120: 72 V, 11,6: 19,4 A, poměr 1,67: 1, jednofázová, skořepinová forma.

Patenty ZBD zahrnovaly další dvě hlavní vzájemně propojené inovace: jedna týkající se použití paralelně zapojených, místo sériově zapojených, využití zátěže, druhá týkající se schopnosti mít transformátory s vysokým poměrem otáček tak, aby napětí napájecí sítě mohlo být mnohem vyšší (původně 1400 V až 2000 V), než je napětí u spotřebičských zátěží (původně 100 V). Při použití v paralelně zapojených elektrických distribučních systémech transformátory s uzavřeným jádrem nakonec technicky a ekonomicky proveditelné zajišťovaly elektrickou energii pro osvětlení v domácnostech, podnicích a veřejných prostorech. Bláthy navrhl použití uzavřených jader, Zipernowsky navrhl použití paralelních bočníkových spojení a Déri provedl experimenty; Dalším zásadním milníkem bylo zavedení systému „zdroje napětí, napětí náročné“ (VSVI) vynálezem generátorů konstantního napětí v roce 1885. Na začátku roku 1885 tři inženýři také odstranili problém ztrát vířivými proudy vynálezem laminace elektromagnetických jader. Ottó Bláthy také vynalezl první AC elektroměr .

Systém střídavého proudu byl vyvinut a přijat rychle po roce 1886 díky své schopnosti efektivně distribuovat elektřinu na dlouhé vzdálenosti a překonávat omezení systému stejnosměrného proudu . V roce 1886 inženýři ZBD navrhli první elektrárnu na světě, která používala generátory střídavého proudu k napájení paralelně zapojené společné elektrické sítě, parní elektrárny Rome-Cerchi. Spolehlivost technologie střídavého proudu dostala impuls poté, co továrny Ganz elektrifikovaly velkou evropskou metropoli: Řím v roce 1886.

Westinghouse Early AC System 1887
( americký patent 373035 )

Ve Velké Británii Sebastian de Ferranti , který vyvíjel generátory a transformátory střídavého proudu v Londýně od roku 1882, přepracoval systém střídavého proudu v elektrárně Grosvenor Gallery v roce 1886 pro London Electric Supply Corporation (LESCo) včetně alternátorů vlastního návrhu a transformátoru designy podobné Gaulardovi a Gibbsovi. V roce 1890 navrhl jejich elektrárnu v Deptfordu a přeměnil stanici Grosvenor Gallery přes Temži na elektrickou rozvodnu , která ukázala způsob, jak integrovat starší závody do univerzálního napájecího systému střídavého proudu.

V USA William Stanley Jr. navrhl jedno z prvních praktických zařízení pro účinný přenos střídavého proudu mezi izolovanými obvody. Jeho návrh, nazývaný indukční cívka , používal páry cívek navinuté na společném železném jádru a byl jedním z prvních transformátorů . Stanley také pracoval na inženýrství a přizpůsobování evropských návrhů, jako je Gaulardův a Gibbsův transformátor pro amerického podnikatele George Westinghouse, který začal budovat AC systémy v roce 1886. Rozmach Westinghouse a dalších AC systémů spustil na konci roku 1887 Thomas Edison (zastánce) stejnosměrného proudu), kteří se pokusili diskreditovat střídavý proud jako příliš nebezpečný ve veřejné kampani nazvané „ válka proudů “. V roce 1888 získaly systémy střídavého proudu další životaschopnost zavedením funkčního střídavého motoru , což do té doby těmto systémům chybělo. Konstrukce, indukční motor , byl nezávisle vynalezen Galileem Ferrarisem a Nikolou Teslou (s Teslovým designem licencovaným společností Westinghouse v USA). Tento design dále rozvinul do moderní praktické třífázové formy Michail Dolivo-Dobrovolsky , Charles Eugene Lancelot Brown . a Jonas Wenström .

Ames Vodní elektrárna Plant a původní Niagara Falls Adams Power Plant byli mezi prvními vodní střídavé elektráren. První dálkový přenos jednofázové elektřiny byl z hydroelektrárny v Oregonu u Willamette Falls, která v roce 1890 poslala energii čtrnáct mil po proudu do centra Portlandu pro pouliční osvětlení. V roce 1891 byl v Telluride Colorado instalován druhý přenosový systém. San Antonio Canyon Generator byl třetí komerční jednofázovou vodní elektrárnou na střídavý proud ve Spojených státech, která poskytovala dálkovou elektřinu. Byl dokončen 31. prosince 1892 Almarianem Williamem Deckerem, aby poskytl energii městu Pomona v Kalifornii , které bylo vzdáleno 14 mil. V roce 1893 navrhl první komerční třífázovou elektrárnu ve Spojených státech využívající střídavý proud-vodní elektrárnu Mill Creek č. 1 vodní elektrárnu poblíž Redlands v Kalifornii . Design společnosti Decker zahrnoval třífázový přenos 10 kV a stanovil standardy pro kompletní systém výroby, přenosu a motorů, který se dnes používá. Jaruga Vodní elektrárna v Chorvatsku byl založen v provozu ke dni 28. srpna 1895. Dva generátory (42 Hz, 550 kW každý) a transformátory byly vyrobeny a nainstalován maďarská společnost Ganz . Přenosové vedení z elektrárny do města Šibenik bylo 11,5 km dlouhé na dřevěných věžích a městská distribuční síť 3000 V/110 V obsahovala šest transformačních stanic. Teorie střídavých proudových obvodů se v druhé polovině 19. a počátku 20. století rychle vyvinula. Mezi významné přispěvatele k teoretickým základům výpočtů střídavého proudu patří Charles Steinmetz , Oliver Heaviside a mnoho dalších. Výpočty v nevyvážených třífázových systémech byly zjednodušeny metodami symetrických komponent, o nichž hovořil Charles Legeyt Fortescue v roce 1918.

Viz také

Reference

Další čtení

  • Willam A. Meyers, Historie a úvahy o způsobu, jakým věci byly: Elektrárna Mill Creek - Tvorba historie pomocí AC , IEEE Power Engineering Review, únor 1997, s. 22–24

externí odkazy