Два ключових винаходи сприяли просуванню техніки змінного струму і спонукали Едісона зробити свою знамениту заяву, наведене на початку попереднього розділу Першим з ііх був трансформатор Джордж Вестінгауз (George Westinghouse) придбав патентні права на трансформатори у Жілардо (Gaulard) і Гіббса (Gibbs) Застосування трансформаторів дозволяє передавати змінний струм при великих напругах, а потім перетворювати до низьких напруг, зручних споживачам Передача електроенергії при високих напругах супроводжувалася меншими втратами, що дало можливість споживати електроенергію далеко від місця її генерації Вперше генератор змінного струму і відповідна система розподілу електроенергії були створені Вільямом Стенлі (William Stanley), експертом компанії Вестингауза, в Грейт Баррінгтон, штат Массачусетс, в 1886 р Напруга в мережі було 500 В, і генератор фірми «Сіменс» (Siemens), привезений з Лондона, через два трансформатора живив близько 200 ламп в місті

Другим винаходом був асинхронний двигун, створений в результаті досліджень геніального молодого інженера Ніколи Тесли (Nicola Tesla), який працював у Вестингауза Перші конструкції були однофазними, але незабаром за ними пішли й трифазні двигуни Трифазна лінія передачі електроенергії має перед однофазної перевагу, яке у тому, що для першої потрібно менше міді для проводів на одиницю переданої енергії Було швидко освоєно виробництво простих, невибагливих асинхронних двигунів, які стали основою використання змінного струму в промисловості Асинхронні двигуни не потребують в складних пускових пристроях, мають низьку ціну і дуже добре себе проявляють в несприятливих умовах Спільно з трансформаторами асинхронні двигуни зявилися основою швидкого зростання енергетики змінного струму

Переваги змінного струму були продемонстровані на Колумбійської виставці в Чикаго в 1893 р, де компанія Вестінгауз, використовуючи однофазну систему освітлення, фігурально висловлюючись, перетворила ніч в день Едісон був власником патенту на лампи розжарювання зі скляною герметизацією, так що Вестінгауз довелося винаходити конструкцію лампи з герметизацією з воску Це не принесло комерційного успіху, але свою справу зробила Сліпуче світло викликав благоговіння у відвідувачів виставки, більшість з яких ніколи ще не бачили електричного освітлення

Важливим досягненням у сфері вироблення та передачі змінного струму став введення електростанції на Ніагарському водоспаді Енергетичний потенціал водоспаду досліджувався багато років, і було запропоновано багато проектів його використання, включаючи проект одержання стисненого повітря і ряд чисто механічних проектів А кінцевим результатом стало будівництво Вестінгаузом в 1895 р генератора змінного струму Це був однофазний генератор з частотою 25 Гц, і разом з трансформаторами та лініями електропередачі він обслуговував кілька фабрик Частота 25 Гц була обрана, незважаючи на зростаючу популярність частоти 60 Гц, через те, що в ряді промислових установок використовувався постійний струм, а застосовувалися в ті часи роторні перетворювачі не працювали на бОГц У 1890 р застосовувалися частоти 30, 40, 50 і навіть 133 Гц Частота 50 Гц «втрималася» в одній з електромереж в Південній Каліфорнії до середини 20-го ст, А 25 Гц використовувалися на ряді комунальних підприємств навіть до його кінця1)

Генерація електроенергії

Тихохідні поршневі парові машини росли в розмірах відповідно попиту на їх потужність (поки вона не досягла приблизно 7500 л C) Кілька більш швидкохідних парових машин застосовувалися в Англії, але все одно переважні швидкості обертання вала парової машини і вала генератора електроенергії розрізнялися на порядок Крім того, величезні парові машини, що застосовувалися до початку 20-го ст, Трясли землю і дратували навколишніх жителів Парові турбіни, безпосередньо зєднані з генератором, вирішили ці проблеми Ряд маленьких турбін був побудований для експериментів, а в 1901 р в Хартфорді, штат Коннектикут, введена в лад Турбогенераторна установка потужністю 2000 кВт, з частотою обертання вала 1200 об / хв і частотою пере-

11В даний час в США загальноприйнята частота розподільних мереж – 60 Гц – Прямуючи пер

менного струму 60 Гц Вона дала початок швидкому росту використання турбін для вироблення електрики з пари Зрештою потужність генераторів перевищила 1500 МВт

Генератори для гідроелектростанцій теж збільшувалися в розмірах Так, на греблі Гувера спочатку були встановлені генератори потужністю по 87 МВт кожен, а пізніше їх переробили на 114 МВт Генератори для третьої черги електростанції Гранд Кулі (Grand Coulee) мали потужність 700 МВт кожен, а їх загальна потужність становила 6480 МВт Ця висока концентрація потужності сприяла розвитку економіки, оскільки знизилася ціна електроенергії і зявилася можливість будівництва у віддалених районах підприємств з високим енергоспоживанням, таких як заводи з виробництва алюмінію

Електрика на транспорті

Сіменс в Німеччині розробив двигун постійного струму, придатний для використання у трамваї Електрична енергія не тільки замінила коней в наземних засобах пересування, а й зробила можливим розвиток великих підземних транспортних систем Внаслідок великих відстаней в метрополітені виникла проблема передачі постійного струму Правда, вона була не настільки важлива, як в інших областях, у звязку з тим, що для тягових двигунів застосовувалося досить велика напруга – 600 В Однак наприкінці 19-го – початку 20-го ст зявилася тенденція до використання змінного струму з передачею його по високовольтних лініях на великі відстані і подальшим перетворенням в постійний струм за допомогою роторного перетворювача на місцевих підстанціях Так харчувалися тролейбуси на поверхні землі, а під землею, за допомогою третій рейки, – поїзди метрополітену У 1903 р компанія «Інтерборо Рапід Транзит» (Interborough Rapid Transit Company) в Нью-Йорку створила систему, що включає передачу змінного струму напругою 11000 В, 25 Гц та живлення тягових двигунів через третій рейок напругою 600 В постійного струму для нової підземки Цікаво, що директора компанії віддали перевагу класичній паровій машині для головного генератора електроенергії, хоча для цілей збудження генератора та освітлення було використано кілька маленьких парових турбін

Використання електричної енергії на транспорті дозволило створити ряд міжміських тролейбусних ліній, і на початку 20-го ст велика мережа тролейбусних маршрутів зєднала безліч маленьких поселень, а ціна поїздки стала менше, ніж при використанні парових двигунів Відзначимо ще раз, що генерація та передача електроенергії здійснювалися у формі високої змінної напруги, а перед подачею на тролейбусні дроти вироблялося її перетворення в постійний струм за допомогою роторного перетворювача Міжміські тролейбусні лінії проіснували до появи надійних автомобілів і хороших доріг Більшість з них була закрита тільки в середині 20-го в

Мало місце також багато спроб застосування електроенергії на залізничному транспорті Так, компанія «Нью Хавен енд Хартфорд Рейлроад» (New Haven and Hartford Raiload) в Нью-Йорку використовувала для передачі енергії трифазну лінію 11000 В, 25 Гц, і однофазне харчування проводів залізниці Трансформатори на локомотиві живили тягові двигуни, включені паралельно, змінною напругою 250 В Мотори могли бути включені і послідовно для роботи при постійній напрузі 600 В, так що поїзд міг рухатися і по Манхеттенської підземці, отримуючи живлення через третій рейок І сьогодні компанія «Амтрак» (Amtrak) на лінії Норт-Іст Корридор подає на дроти змінну напругу 25 Гц, що отримується за допомогою твердотільних перетворювачів з промислового напруги з частотою 60 Гц На кількох новітніх залізничних лініях в США використовується постійна напруга 3000 В, але ще застосовується і трифазне змінну напругу з частотою 25 Гц Подекуди в світі для живлення тягових двигунів використовуються вражаючі комбінації постійного і переменноготока, включаючи частоту 162/ З Гц За винятком місцевих ліній і деяких спеціальних випадків, більшість чисто електричних локомотивів замінюється на дизель-електричні, що забезпечує зниження витрат на їх утримання і обслуговування

Джерело: Сукер К Силова електроніка Керівництво розробника – М: Видавничий дім «Додека-ХХI, 2008 – 252 c: Ил (Серія «Силова електроніка»)