Преимущества и недостатки переменного и постоянного тока

Скажите слово «электричество», и многие американцы думают о Томасе Эдисоне, но имя Никола Тесла также должно прийти в голову. Вместе с финансистом Джорджем Вестингаузом, Тесла отвечает за то, что электричество переменного тока питает каждый дом в Северной Америке, а также каждый дом в остальном мире, в котором есть электричество.

Переменный ток (AC) легче производить, чем постоянный ток (DC) благодаря индукционному генератору, изобретенному Tesla. Еще одно преимущество переменного тока заключается в том, что его легче передавать. Однако электричество постоянного тока легче хранить, и оно лучше для небольших применений, связанных с тонкой электроникой и тонким проводом. Все небольшие устройства, работающие от батарей, работают от постоянного тока.

В 1880-х годах Эдисон и Тесла были вовлечены в битву за то, чтобы установить тип тока, который наилучшим образом удовлетворял бы потребности Соединенных Штатов в электроэнергии. Историки помнят эту битву как Войну течений. Эдисон создал сеть постоянного тока, способную питать огни и другие электрические устройства, но возникла проблема. Поскольку не было известно ни одного способа увеличения напряжения, электростанции были необходимы с интервалом всего в несколько миль.

Используя трансформаторы, мощность переменного тока может быть повышена до очень высокого напряжения, а затем снижена до полезного напряжения в точке использования, что устраняет необходимость вмешательства электростанций. Эдисон полагал, что высокое напряжение в линиях электропередачи переменного тока было опасно, вплоть до того, что публично казнил бездомных животных, чтобы доказать свою точку зрения. Вопрос был решен, когда Джордж Вестингауз использовал индукционный генератор для питания новой генераторной станции в Ниагарском водопаде. Мало того, что сеть переменного тока была безопасной, она освещала весь город Буффало, штат Нью-Йорк - и за его пределами - как только электростанция Ниагара-Фолс была введена в эксплуатацию в 1896 году.

Любое небольшое устройство, работающее от батареи, использует постоянный ток, и поток электронов от одного терминала к другому через цепь - это то, как большинство учеников средней школы понимают ток. В отличие от переменного тока, который меняет направление несколько раз в секунду, постоянный ток надежно течет в том же направлении. Это важно в мире полупроводников, светодиодов и транзисторов. Каждый раз, когда переменный ток меняет направление, происходит мгновенная потеря мощности. Момент бесконечно мал, но этого достаточно, чтобы воздействовать на чувствительные устройства, которые стали обычным явлением в современном компьютеризированном мире.

Как переменный, так и постоянный ток могут передаваться по линиям электропередачи, но в отсутствие повышающего трансформатора передача переменного тока менее эффективна. Электричество переменного тока имеет тенденцию распространяться по поверхности провода и теряет мощность на расстоянии из-за скин-эффекта и емкостной связи, тогда как электричество постоянного тока проходит по всему проводу.

Со времен Теслы и Эдисона инженеры разрабатывали способы увеличения напряжения питания постоянного тока с помощью трансформаторов. Поскольку крупные солнечные электростанции и другие возобновляемые источники энергии вырабатывают энергию постоянного тока, передача его в виде постоянного тока устранит необходимость в преобразовании инверторами, которые тратят энергию через потерю тепла.