Projekt elektrárne Niagara Falls (1888)

— Nikola Tesla

George Westinghouse a Nikola Tesla. Aby sa prenos elektrickej energie na veľké vzdialenosti stal skutočnosťou, spojili svoje schopnosti, genialitu a vieru v novú technológiu … striedavý prúd. Spoločne odštartovali revolúciu, ktorá elektrizovala svet. Dokonalé partnerstvo

Niagarské vodopády sú výsledkom nespočetných ton vody, ktorá sa od nepamäti rúti cez pevný vápencový útes so silou, ktorá redukuje vápenec na balvany, balvany na sutiny, sutiny na bahno, neutíchajúci prúd sa zmocňuje a unáša. v kaňone sa formoval a formoval počas vekov rovnakým násilným, trpezlivým spôsobom.

Projekt Niagara Falls Power

Project vznikol ako výsledok čistého technologického optimizmu v roku 1895 po mnohých pokusoch a snahách o využitie sily vodopádov, odkedy tam v roku 1725 postavili prvú priekopnícku pílu. Ale schémy na ťažbu energie neboli nikdy dostatočne vymyslené. .

Päť rokov pred spustením prvého rozsiahleho energetického projektu pri vodopádoch nebolo ešte rozhodnuté o spôsobe výroby a distribúcie elektriny. Obrovský projekt mal zahŕňať prenos do Buffala. Elektrina (v tom čase nová technológia) bola len jedným z návrhov. Ďalšími zvažovanými metódami boli pneumatické, hydraulické a staré dobré mechanické.

Ešte ako študent v roku 1875 na rakúskej polytechnike v rakúskom Grazi začal Nikola Tesla uvažovať o možnostiach striedavého prúdu.

V roku 1881 Tesla odcestoval do Budapešti v nádeji, že bude pracovať pre rodinných priateľov Tivadara a Ferenca Puskasa. Ambiciózny propagátor Tivadar predtým presvedčil Thomasa A. Edisona, aby mu dal komerčné práva na uvádzanie vynálezov vyvinutých Čarodejníkom z Menlo Parku v kontinentálnej Európe. Bratia Puskasovci plánovali postaviť telefónnu ústredňu v Budapešti pomocou Edisonovho vylepšeného dizajnu telefónu. Žiaľ, nedokázali okamžite nikoho zamestnať. Počas čakania Tesla vážne ochorel. Uzdravil sa až s pomocou priateľa z vysokej školy Anthonyho Szigetiho, ktorý chorého povzbudzoval, aby sa každý večer prechádzal, aby mu pomohol znovu získať silu.

Vo februári 1882, počas jednej z týchto prechádzok so Szigetim, mala Tesla zjavenie o motoroch. Keď obdivovali západ slnka, Tesla si zrazu predstavil použitie rotujúceho magnetického poľa vo svojom motore, čo je základný princíp fyziky a základ takmer všetkých zariadení, ktoré používajú striedavý prúd. Tesla sa nasledujúcich päť rokov snažil získať praktické znalosti, ktoré potreboval na realizáciu svojho motora.

AC indukčný motor od Tesly

Samotný Tesla už od detstva sníval o tom, že využije silu veľkého prírodného zázraku. Vo svojej autobiografii „ Moje vynálezy “ povedal:

“V učebni bolo niekoľko mechanických modelov, ktoré ma zaujali a obrátili moju pozornosť na vodné turbíny.”

Po vypočutí popisu veľkých Niagarských vodopádov:

“V mojich predstavách som si predstavil veľké koleso, ktoré poháňajú vodopády.”

Vyhlásil svojmu strýkovi, že jedného dňa „pôjde do Ameriky a uskutoční tento plán“.

Pracovným princípom jeho myšlienky je magnetické pole, ktoré rotuje v polarite nerelativistickými rýchlosťami. Toto je kľúčový princíp fungovania motora na striedavý prúd. Permanentný magnet v takomto poli sa bude otáčať tak, aby si udržal svoje zarovnanie s vonkajším poľom. Tento efekt sa využíva v striedavých elektromotoroch. Synchrónne motory a indukčné motory využívajú rotujúce magnetické polia statora na otáčanie rotorov.

O viacfázovej napäťovej sústave uvažoval už počas štúdií v rakúskom Grazi v roku 1882. Počas svojho pridelenia do Štrasburgu vo Francúzsku (Alsasko, vtedy časť Nemecka) v roku 1883 Tesla skonštruoval funkčný bezkomutátorový viacfázový striedavý indukčný motor, aby ponúkol svoje vynález nemeckej spoločnosti. Predvádza sa pred bývalým primátorom mesta a bohatými potenciálnymi investormi. Bohužiaľ, Tesla nedokáže zabezpečiť financovanie.

Márnotratný génius - od O'Neilla - s. 56-57:

„Primátor dal dokopy množstvo bohatých Štrasburčanov. Tesla aj starosta im ukázali v prevádzke nový motor a opísali nový systém a jeho možnosti. Ukážka bola z technického hľadiska úspešná, ale inak totálna strata. Ani jeden člen skupiny neprejavil najmenší záujem.

Bolo nad jeho chápanie, že najväčší vynález v elektrotechnike s neobmedzenými komerčnými možnosťami by mal byť tak úplne odmietnutý.“

Potom, čo pomohol bratom Puskasovcom vybudovať ich telefónnu ústredňu v Budapešti, sa Tesla presťahoval s Tivadarom do Paríža, kde obaja išli pracovať pre Société Electrique Edison a inštalovali systémy žiarovkového osvetlenia.

Nikola pracoval asi rok pre francúzsku pobočku Edison Electric Light Co. Začiatkom roku 1884 sa po úspešnom plnení úloh v Štrasburgu vrátil do ústredia Edison Continental Company v Paríži. Tu vylepšil rôzne elektrické komponenty používané spoločnosťou Edison Company. Počas tohto zamestnania dostal nápad na indukčný motor a iné elektrické zariadenie, ktoré využívalo rotujúce magnetické polia. Márne však dúfal, že jeho vynálezy rotujúceho magnetického poľa a asynchrónneho motora zaujmú profesionálov. Jeho pozoruhodné schopnosti si všimla Edisonova obchodná kohorta a blízky priateľ Charles Batchelor, americký manažér francúzskej pobočky Edison Company, a poradil mu, aby svoje šťastie hľadal v Novom svete. Keďže nemohol

V júni 1884 prišiel Nikola Tesla do Spojených štátov. Cestou na loď vlastne stratil všetok svoj majetok (lístok na vlak a osobný majetok) a prišiel len so 4 centami vo vrecku. V každom prípade boli USA považované za krajinu slobodných.

Vďaka výnimočnému odporúčaniu bakalára a úspešne vykonanej skúške Edisona (oprava dynamo strojov na lodi Oregon) bol Tesla zamestnaný v Edison Machine Works Company a stal sa jedným z hlavných inžinierov a konštruktérov. Takmer hneď po príchode do zariadenia na Goerck Street si pán Thomas Edison uvedomil genialitu práce mladšieho muža. Tomuto dvadsaťosemročnému nadšenému odborníkovi Edison zveril veľmi chúlostivú prácu prestavby a zdokonaľovania dynamomatov vyrábaných v jeho továrňach pre stále väčší trh týchto zariadení. Edison naňho zapôsobil aj po tom, čo úspešne vykonal množstvo náročných úloh. Éra elektrifikácie jednosmerného prúdu začala v prvom rade veľkými mestami, ako je New York. Ale keď Tesla požiadal Edisona, aby mu dovolil vykonať výskum AC, najmä jeho konceptu striedavého motora, Edison túto myšlienku odmietol. Nielenže sa Edison nezaujímal o motory, ale odmietol mať čokoľvek spoločné s konkurenčným prúdom.

Tesla očakával, že Edison, ako taký veľký vynálezca, dokonale pochopí a prijme koncepciu vývoja zariadení a systémov na striedavý prúd ako pohodlnejšieho riešenia na výrobu, prenos, distribúciu a využitie elektrickej energie. Tesla sa teda zatiaľ vrhol do práce na DC. Povedal Edisonovi, že si myslí, že by mohol podstatne vylepšiť jednosmerné dynamo. Edison mu povedal, že ak môže, získa bonus 50 000 dolárov. To by umožnilo Teslovi zriadiť si vlastné laboratórium, kde by mohol sledovať svoje AC záujmy. Extrémne dlhými hodinami a usilovným úsilím (jeho bežné hodiny boli od 10:00 do 5:00 nasledujúceho dňa) prišiel so súborom asi 24 návrhov nových zariadení, ktoré by sa nakoniec použili na nahradiť Edisonovo súčasné vybavenie.

Vo výplatnej obálke však nikdy nenašiel sľúbených 50 000 dolárov. Keď sa Edisona opýtal na túto záležitosť, Edison mu povedal, že žartoval. „Nechápete americký humor,“ povedal. V tej chvíli bol hlboko sklamaný, a preto po necelom roku opustil Edisonovu spoločnosť. Tesla tam pracoval len asi šesť mesiacov a s Edisonom sa stretol možno dvakrát.

Tesla vo svojej autobiografickej knihe My Inventions tvrdí, že čo sa týka jeho času v Machine Works v NY:

Takmer rok boli moje bežné hodiny od 10:30 do 5:00 nasledujúceho rána bez výnimky dňa. Edison mi povedal: “Mal som veľa ťažko pracujúcich asistentov, ale ty si vezmi tortu.” Počas tohto obdobia som navrhol dvadsaťštyri rôznych typov štandardných strojov s krátkymi jadrami a jednotného vzoru, ktoré nahradili staré. Manažér mi sľúbil päťdesiattisíc dolárov na dokončenie tejto úlohy, ale ukázalo sa, že to bol vtip. To mi spôsobilo bolestivý šok a rezignoval som na svoju pozíciu.

Tesla predpokladal, že jeho systém oblúkového osvetlenia bude pre Edisonovu organizáciu cenný a že za svoju prácu bude bohato odmenený. Keď sa to však nestalo, Tesla znechutene skončil a našiel si nových podporovateľov v Rahway v štáte New Jersey, ktorí mu pomohli patentovať a vybudovať vlastný systém oblúkového osvetlenia. Akonáhle však mali podnikatelia z Rahway rozbehnutý systém osvetlenia, Teslu vyhodili. V núdzi sa Tesla vrátil do New Yorku kopať priekopy za 2 doláre na deň.

Našťastie Tesla pomohol vykopať priekopy na inštaláciu káblov spájajúcich ústredie Western Union Telegraph Company s burzami cenných papierov a komodít a dostal sa do pozornosti Alfreda S. Browna, ktorý na prácu dohliadal. Brown si Teslu obľúbil a zoznámil ho s Charlesom Peckom, právnikom, ktorý práve zbohatol tým, že prinútil Jaya Goulda, aby kúpil jeho Mutual Union Telegraph Company.

Uplatňuje svoj prvý patent „Commutator for Dynamo-electric Machines“, po ktorom nasledujú patenty na regulátory oblúkových lámp;

V marci 1885 Tesla prihlásil svoje prvé patenty US334,823 - Komutátor pre elektrické stroje Dynamo - 26. januára 1886 (podané 18. mája 1885), US335,786 - Elektrická oblúková lampa - 9. februára 1886 (Podané 18. mája 1885) a US335,787 - Electric Arc Lamp - 9. február 1886. Tieto patenty sa týkali zlepšenia oblúkovej lampy. Použil elektromagnet na privádzanie uhlíkov do oblúka rovnomernou rýchlosťou, aby sa vytvorilo stabilnejšie svetlo. Neskôr požiadal o patenty na regulátory oblúkových lámp a zaregistroval svoju značku Tesla Arc Light Co“ s cieľom realizovať svoje vynálezy v oblasti viacfázových striedavých prúdov. Pri hľadaní nového high-tech podniku sa Peck a Brown rozhodli podporiť Teslu v roku 1886 a v apríli 1887, s podporou mnohých finančníkov a technikov, Tesla zakladá Tesla Electric Company .

V novovybudovanom laboratóriu Tesla skonštruoval a predviedol svoje prvé viacfázové indukčné motory a generátory. Úspech sa však nedosiahol ľahko, pretože jeho nápady na podporu (AC) striedavého prúdu bolo ťažké financovať a na druhej strane jeho investori sa v skutočnosti nezaujímali o vývoj technológie striedavého prúdu, pretože jej budúce využitie bolo stále neznáme a boli zaujíma len o Teslovu elektrickú oblúkovú lampu. Jeho návrh bol úspešný, no všetky peniaze išli investorom. Tesla čoskoro hľadala ďalšiu príležitosť.

Odovzdanie Edisonovej medaily Nikolovi Teslovi: Zápisnica z výročného stretnutia Amerického inštitútu elektrotechnikov, ktoré sa konalo v budove Engineering Societies - New York City - 18. mája 1917:

Uvedomil som si, že bez vedeckej prípravy, ktorú som získal, by som nič nevytvoril a je otázkou, či bol môj predpoklad o možnom úspechu správny. V Edisonových prácach som absolvoval takmer rok najnamáhavejšej práce a potom ma istí kapitalisti oslovili s projektom založenia vlastnej spoločnosti. Išiel som do návrhu a vyvinul som oblúkové svetlo. Aby som vám ukázal, aké predsudky boli ľudia voči striedavému prúdu, ako naznačil prezident, keď som týmto svojim priateľom povedal, že mám skvelý vynález týkajúci sa prenosu striedavého prúdu, povedali: „Nie, chceme oblúkovú lampu. . Tento striedavý prúd nás nezaujíma. Nakoniec som zdokonalil svoj osvetľovací systém a mesto ho prijalo. Potom sa mi v apríli 1886 podarilo zorganizovať ďalšiu spoločnosť a bolo postavené laboratórium, kde som rýchlo vyvinul tieto motory a nakoniec nás oslovili ľudia z Westinghousu a dohodlo sa na ich predstavení. Vieš, čo sa odvtedy stalo. Vynález obletel svet.

V roku 1885 taliansky vynálezca Galileo Ferraris tiež zostrojil indukčný motor využívajúci dvojfázovú konfiguráciu ako Tesla. Ferrari sa však nesprávne domnieva, že takéto motory nikdy nemôžu prekročiť účinnosť 50 %. Ferraris uzavrel v článku (Elektrikár - 27. decembra 1895):

“Tieto výpočty a experimentálne výsledky potvrdzujú evidentný apriórny záver, že prístroj založený na tomto princípe nemôže mať komerčný význam ako motor.”

Po nejakom výskume stratil záujem a nepokračoval vo vývoji svojich strojov. Slávny matematik a elektrotechnik Charles Proteus Steinmetz prišiel podporiť vynález Nikolu Teslu. Raz poznamenal vo svojom nemeckom prízvuku:

„ Ferrari postavili iba malú hračku a jeho magnetické obvody, pokiaľ viem, boli dokončené vo vzduchu, nie v železe, hoci v tom nie je rozdiel“ (Transactions, AIEE, Vol. VIII, Pg. 591, 1891) .

V prípade Ferrarisovho indukčného motora bolo rotačné pole vytvorené komutáciou nepretržitého prúdu a na druhej strane rotačné pole Teslovho indukčného motora bolo vytvorené rozdelením jednofázového striedavého prúdu na dve fázy správnym usporiadaním seba. -indukcia alebo kondenzátory (rotujúce magnetické pole sa vyrábalo v dyname s viacerými cievkami a spájalo sa s podobnými cievkami v motore).

Teslov indukčný motor (1884)

Obr. ukazuje prvý Teslov indukčný motor, pred rokom 1884 a napriek tomu, že je jedinečný v konštrukcii, vyvinul ¼ konského výkonu pri 1800 otáčkach za minútu a vážil iba 20 libier.

Elektromotory – The Electrical Review – Nikola Tesla – 3. apríla 1891:

Pred pätnástimi alebo šestnástimi rokmi, keď som študoval na vysokej škole, mi jeden významný fyzik povedal, že motor nemožno ovládať bez použitia kief a komutátorov alebo nejakých mechanických prostriedkov na komutáciu prúdu. Vtedy som sa rozhodol problém vyriešiť.

Po rokoch vytrvalého premýšľania som konečne dospel k riešeniu. Teóriu som vypracoval do posledného detailu a všetky svoje teoretické závery som potvrdil experimentmi. Uvedomujúc si hodnotu vynálezu, dal som sa do práce na jeho zdokonaľovaní a po dlhej práci som vyrobil niekoľko typov praktických motorov.

Toto všetko som urobil dávno predtým, ako sa v celej vedeckej literatúre objavilo čokoľvek – pokiaľ to bolo možné zistiť – čo by dokonca poukázalo na možnosť dosiahnuť takýto výsledok, ale práve naopak v čase, keď vedci aj praktizujúci ľudia považoval tento výsledok za nedosiahnuteľný. Vo všetkých civilizovaných krajinách boli patenty získané takmer bez jediného odkazu na čokoľvek, čo by v najmenšej miere spochybnilo novosť vynálezu. Prvá publikovaná esej — popis niektorých laboratórnych experimentov profesora Ferrarisa — bola publikovaná v Taliansku šesť alebo sedem mesiacov po dátume podania mojej prihlášky na základný patent . Dátum podania mojich patentov je teda prvým verejným záznamom vynálezu.

Nikto nemôže povedať, že som nebol slobodný v uznaní zásluh prof. Ferrarisa a dúfam, že moje konštatovanie faktov nebude nesprávne interpretované. Aj keď prof. Ferrarisesej by predpokladala dátum podania mojej prihlášky, no podľa názoru všetkých férovo zmýšľajúcich mužov by som mal nárok na uznanie, že som ako prvý vyrobil praktický motor; pretože sám prof. Ferraris vo svojej eseji popiera hodnotu vynálezu pre prenos výkonu a len poukazuje na možnosť použitia správne skonštruovaného generátora, čo je jediný spôsob, ako dosiahnuť požadovaný fázový rozdiel bez strát; pretože aj pri kondenzátoroch – pomocou ktorých je možné získať štvrtinovú fázu – dochádza k značným stratám, pričom náklady na kondenzátory sa neberú do úvahy.

Takže v najpodstatnejších vlastnostiach systému - generátory s dvoma alebo tromi okruhmi rôznych fáz, trojvodičový systém, uzavretá kotva cievky, motory s jednosmerným prúdom v poli atď. — Zostal by som sám, aj keby esej prof. Ferrarisa vyšla pred mnohými rokmi.

US381,968 - Elektromagnetický motor - 1. mája 1888 bol podaný 12. októbra 1887 a 22. apríla 1888 Ferraris publikoval článok v Kráľovskej akadémii vied o AC viacfázovom motore. Turin, až po prečítaní o Thomsonovom odpudzovacom motore.

Zo všetkých týchto dôvodov by sa prof. Ferrarisovi malo odoprieť uznanie za vynález strojov s rotačným magnetickým poľom, a to nielen z právnych dôvodov, ale aj z preukázateľných dôvodov. Tiež s vedomím, že podľa rovnakého pravidla bol Marconi považovaný za otca rádia, potom čo sa Tesla previnil, že sa agresívne nevenoval komerčnému vývoju rádiových prístrojov, aj keď svoje bezdrôtové experimenty predvádzal na prednáškach a výstavách pred mnohými rokmi ako Guglielmo Marconi .

US381 968 – Elektromagnetický motor – 1. máj 1888 (podané 12. októbra 1887)

Edisonov systém používal jednosmerný prúd alebo jednosmerný prúd. Jednosmerný prúd tečie vždy jedným smerom a vytvárajú ho DC generátory. Edison bol oddaným zástancom DC, ale malo to svoje obmedzenia. Najväčším bol fakt, že jednosmerný prúd sa ekonomicky ťažko prenášal na veľké vzdialenosti.

Edison vedel, že striedavý prúd nemá toto obmedzenie, ale nepovažoval AC za uskutočniteľné riešenie pre komerčné energetické systémy. Elihu Thomson, jeden z riaditeľov Thomson-Houston a konkurent Edisona, veril opak. V roku 1885 Thomson načrtol základný systém striedavého prúdu, ktorý sa spoliehal na vysokonapäťové prenosové vedenia na prenášanie energie ďaleko od miesta, kde bola vytvorená. Thomsonova skica tiež naznačila potrebu technológie na zníženie napätia v mieste použitia.

Problém DC prenosu bol zásadný. Na základe Ohmovho zákona efektívny a ekonomický prenos vyžaduje vysoké napätie (zvýšenie napätia spôsobuje zvýšený tok prúdu, pričom odpor zostáva konštantný, čím sa znižuje odpor na jednotku toku prúdu). Príliš vysoké napätie na praktické použitie, ako je prevádzka svetiel alebo motorov.

Pomocou transformátora sa dá striedavý prúd ľahko „zvýšiť“ na vysoké napätie na prenos alebo „zostúpiť“ na nižšie napätie pre výrobné a domáce použitie. To sa nedá urobiť jednosmerným prúdom.

V tom čase bol kľúčom k distribúcii elektrickej energie výkonový transformátor vyvinutý Lucienom Gaulardom a Johnom Dixonom Gibbsom, ktorý bol predstavený v Londýne v roku 1881 a pritiahol záujem Westinghouse. Dizajn Gaulard-Gibbs bol jedným z prvých, ktorý dokázal zvládnuť veľké množstvo energie a bol ľahko vyrobený.

William Stanley Jr. bol elektrikár, ktorý pracoval s diaľkovými kľúčmi a požiarnymi hlásičmi prvého výrobcu, ktorý skúmal striedavý prúd av roku 1884 odišiel pracovať do Pittsburghu s Westinghouse, aby vyriešil niektoré problémy v distribúcii striedavého prúdu. Pri pokusoch o premenu jednosmerného prúdu na striedavý prúd stratil veľa času, pretože nemal žiadny alternátor, s ktorým by mohol pracovať (ako pri Ferrarisových experimentoch).

V roku 1885 Westinghouse doviezol z Anglicka niekoľko Gaulard-Gibbsových transformátorov a primitívny generátor striedavého prúdu Siemens, aby mohol vo svojom dome v Pittsburghu vyvinúť nejaké experimenty. S týmto materiálom Westinghouse poveril Stanleyho a jeho asistentov, Alberta Schmida a Olivera B. Shallenbergera , aby preskúmali systém Gaulard a Gibbs, aby určili komerčnú hodnotu a začali experimentovať so sieťami striedavého prúdu. Albert Schmid bol švajčiarsky strojný a elektrotechnický inžinier, ktorý pracoval na niektorých z prvých systémov dynama a oblúkových lámp v Európe a Oliver B. Shallenberger bol ďalší inžinier a vynálezca, ktorý od roku 1884 pracoval aj pre Westinhouse.

Na jeseň roku 1884 Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy a Miksa Déri (ZBD), traja inžinieri spojení s továrňou Ganz, zistili, že zariadenia s otvoreným jadrom sú neuskutočniteľné, pretože nie sú schopné spoľahlivo regulovať napätie. Vo svojich spoločných patentových prihláškach z roku 1885 na nové transformátory (neskôr nazývané transformátory ZBD) opísali dva návrhy s uzavretými magnetickými obvodmi, kde medené vinutia boli buď navinuté okolo prstencového jadra zo železného drôtu alebo obklopené jadrom zo železného drôtu. V oboch konštrukciách sa magnetický tok spájajúci primárne a sekundárne vinutie pohyboval takmer úplne v medziach železného jadra, bez zámernej cesty vzduchom (pozri Toroidné jadrá nižšie). Nové transformátory boli 3,4-krát efektívnejšie ako bipolárne zariadenia s otvoreným jadrom od Gaularda a Gibbsa.

US351,589 - Systém elektrického rozvodu - 26. okt. 1886. Patent používaný spoločnosťou Westinghouse

Továreň Ganz v roku 1884 dodala prvých päť vysokoúčinných striedavých transformátorov na svete. Táto prvá jednotka bola vyrobená podľa nasledujúcich špecifikácií: 1 400 W, 40 Hz, 120:72 V, 11,6:19,4 A, pomer 1,67:1, jednofázová, plášťová forma.

Patenty ZBD zahŕňali ďalšie dve hlavné vzájomne súvisiace inovácie: jedna sa týkala použitia paralelne zapojených, namiesto sériovo zapojených, úžitkových záťaží, druhá sa týkala možnosti mať transformátory s vysokým pomerom závitov, takže napätie napájacej siete mohlo byť oveľa vyššie (pôvodne 1 400 na 2 000 V) ako je napätie záťaže (na začiatku preferované 100 V). Keď sa transformátory s uzavretým jadrom použili v paralelne prepojených elektrických distribučných systémoch, nakoniec umožnili technicky a ekonomicky zabezpečiť elektrickú energiu pre osvetlenie v domácnostiach, podnikoch a verejných priestoroch.

Prototyp transformátora je vystavený na výstave Széchenyi István Memorial Exhibition, Nagycenk, Maďarsko

Ďalším dôležitým míľnikom bolo zavedenie „napäťových systémov náročných na napätie“ (VSVI) vynálezom generátorov konštantného napätia v roku 1885. Ottó Bláthy tiež vynašiel prvý striedavý elektromer.

Vedenie spoločnosti Thomson Houston si uvedomilo, že striedavý prúd bude cestou budúcnosti a naliehalo na spoločnosť Thomson, aby poskytla technické riešenia. Na tomto probléme pracoval od roku 1885, ale bol zablokovaný sériovým pripojením patentovaným Gibbsom a Gaulardom. Jeho snahou bolo vytvoriť samoregulačné transformátory zapojené paralelne. V továrni Thomson Houston v Lynne bol nainštalovaný generátor striedavého prúdu, ktorý poskytuje žiarovkové osvetlenie a testuje systém.

Na jar roku 1885, pred otvorením svojej elektrickej továrne, kúpil George Westinghouse v Spojených štátoch práva na používanie patentov Gaularda a Gibbsa na transformátory, ktoré by „transformovali“ napätie striedavého prúdu tak, aby sa elektrina mohla prenášať dlho. vzdialenosti pri vysokých napätiach, potom sa zníži na správne napätie pre zamýšľané použitie. Niektoré funkcie zariadenia, ktoré získal, boli nepraktické, ale na plánovanú prevádzku transformátora najal Williama Stanleyho Jr. ako hlavného inžiniera a ďalších zamestnancov a za pár týždňov už vypracovali úplne nový dizajn. Navrhol a skonštruoval prvý komerčne používaný transformátor.

Stanley zlepšil efektivitu a metódy konštrukcie použitím oceľového plechu zovretého dohromady v obdĺžnikovom tvare. Na dve strany obdĺžnika navinul indukčné cievky z medenej tyče, pričom jedna cievka mala päťkrát viac závitov ako druhá. Hotový transformátor mal 500 voltový primárny a 100 voltový sekundárny zdroj. Stanleymu bol vydaný americký patent na spôsob konštrukcie US349,611 A - Indukčná cievka - 21. septembra 1886. Bola jednoduchá na výrobu, relatívne lacná a ľahko nastaviteľná. Na vytvorenie jadra dosiek v tvare písmena E v stupňovitých a zostupných variáciách sa muselo navíjať, pričom stredové výbežky každej nasledujúcej dosky boli striedavo vložené cez previnuté cievky z opačných strán, čím sa umožnilo samostatné navíjanie a následne lepšia izolácia. cievok.

V prenajatom závode v Pittsburgh's Garrison Alley sa v roku 1886 zrodila spoločnosť Westinghouse Electric Company. Využitím finančného úspechu prevádzky vzduchovej brzdy George Westinghouse a jeho inžinieri začali s návrhom a stavbou elektrického zariadenia, ktoré využívalo striedavý prúd.

Westinghouse stále flirtoval s jednosmerným prúdom a to rozzúrilo náladového vynálezcu Williama Stanleyho Jr. Neboli pripravení na rozvod, a tak sa v decembri 1885 súdnou cestou rozlúčili. Podľa novej dohody Stanley pracoval v kancelárii v Massachusetts.

Prvýkrát ho použili v Barringtone v štáte Massachusetts v marci 1886, kde si prenajal opustenú gumáreň na elektrifikáciu centra mesta pomocou pokročilého systému striedavého prúdu. osvetlil malú štvrť svojim transformátorom a generátorom striedavého prúdu. Kniha Networks Of Power od Thomasa Parke Hughesa to podrobne opísala:

“Dĺžka prenosového okruhu z laboratória centrálnej stanice do centra dediny bola asi 4000 stôp. Napojených naň bolo trinásť obchodov, dve ordinácie lekárov, jedno holičstvo, telefónna ústredňa a pošta.”

Kúpil 25-koňový kotol a parný stroj na pripojenie alternátora Siemens, ktorý Westinghouse doviezol z Anglicka, a umiestnili ho v starom gumárenskom závode neďaleko Cottage Street v Great Barrington, aby poskytoval energiu pre Stanleyho priekopnícky distribučný systém. Tento energetický systém bol skutočne uvedený do prevádzky 6. marca a nasledujúce dva týždne boli pred verejnou demonštráciou využité na „výskum a vývoj“.

V tomto zariadení skonštruoval 26 transformátorov a štyri z nich použil na nastavenie svetiel v Great Barrington. V obci osvetlil 13 obchodov, 2 hotely, 2 lekárske ordinácie, 1 holičstvo, telefón a pošty. Vzdialenosť od generátora do centra mesta bola asi 4000 stôp. Desať transformátorov bolo poslaných do Pittsburghu, aby demonštrovali systém dlhý asi dve míle. Úspech vodných elektrární bol evidentný s ďalšími výrobnými stanicami vybudovanými pozdĺž rieky Niagara.

William Stanley Jr. použil toto ako výskumný materiál a postavil svoj prvý transformátor a veľmi sa podobal modelu Gaularda a Gibbsa. Pre informáciu, mal prístup aj k patentovým papierom na transformátore ZBD. Stanley pre túto inštaláciu navrhol a postavil svoje vlastné transformátory. Preukázal ich schopnosť zvyšovať aj znižovať napätie tým, že zvýšil 500-voltový výstup generátora Siemens na 3000 voltov, zapálil reťazec tridsiatich sériovo zapojených 100-voltových žiaroviek a potom znížil napätie späť na 500 voltov. -volty.

US349,611 A - Indukčná cievka - 21. september 1886

Transformátor Williama Stanleyho, použitý pri elektrifikácii centra mesta Great Barrington, MA v roku 1886. Systém bol prakticky identický so systémom používaným na distribúciu elektrickej energie dnes.

Rozšírenie Westinghouse a ďalších AC systémov spustilo koncom roku 1887 potlačenie Thomasom Edisonom (zástancom jednosmerného prúdu), ktorý sa pokúsil zdiskreditovať striedavý prúd ako príliš nebezpečný vo verejnej kampani nazvanej „ Vojna prúdov “.

V apríli 1888 Oliver B. Shallenberger vynašiel indukčný merač na meranie striedavého prúdu (ampérhodiny), kritického prvku v systéme Westinghouse AC.

Prvé AC systémy mali veľkú nevýhodu v tom, že neexistoval žiadny komerčne dostupný AC motor. Tento nedostatok bol vyriešený v pomerne krátkom čase, keď sa do akademického sveta dostala správa o mimoriadnych Teslových patentoch, keď mu bol udelený prvý súbor patentov na komplexný systém AC generátorov, transformátorov, synchrónnych motorov a indukčných motorov na prenos a využitie. dvoch alebo viacerých fáz, čo sa stalo známym ako polyfázový systém. A tak sa stalo, že vynálezca bol pozvaný prednášať pred Americký inštitút elektrotechnikov. George Westinghouse sa o Tesle dozvedel v máji 1888 vďaka svojmu pozoruhodnému prejavu v Pittsburghu, keď Tesla predstavil svoje motory a elektrické systémy v klasickom dokumente, „Nový systém striedavých motorov a transformátorov “, ktorý predniesol pred Americkým inštitútom elektrotechnikov.

Bol tam inžinier Elihu Thomson a niektorí v skupine a bol ohromený. Jednookruhový indukčný motor vyvinutý spoločnosťou Thomson-Houston stále vyžadoval komutátor a bol stále veľmi neefektívny. Elihu Thomson vstal zo svojho sedadla a po chvále Teslovho: „Nového a obdivuhodného malého motora“ vyhlásil, že už nejaký čas pracuje podobným spôsobom smerom k rovnakému cieľu:

“Skúšky, ktoré som vykonal, boli s použitím jednoduchého striedavého obvodu, nie dvojitého striedavého obvodu . ”

Keď Teslovi agenti ponúkli patenty spoločnosti Thomson-Houston, odmietol ich, pretože nestáli za náklady na ich zabezpečenie. Možno tomu skutočne veril alebo ich mohol považovať za hrozbu pre svoj vlastný systém. Na druhej strane, získanie patentov by znamenalo zmluvu s Teslou v jeho spoločnosti, ale Thomsonovi sa nepáčilo, že iní vynálezcovia makajú okolo jeho domény. V každom prípade, Thomson nasledoval Edisonovu stopu a odmietol bránu do budúcnosti, ktorú ponúka Tesla.

Westinghouse okamžite vyslal Guida Pantaleoniho do Talianska, aby kúpil patenty Ferrariovcov , pričom za takéto právo zaplatil veľkú sumu 5000 lír – 1000 dolárov. Rovnako ako to urobil o rok skôr pri zabezpečení patentovej kontroly nad AC transformátormi. Bližšia kontrola Teslových patentov však presvedčila amerického podnikateľa, že talianske patenty budú málo užitočné. Shallenberger vyjadril Westinghousovi svoje obavy , že patenty Tesly môžu zabrániť spoločnosti v úspešnom vývoji striedavého motora. Ako odpoveď Westinghouseposlal Henry. M Byllesby, viceprezident Westinhouse Electric a Thomas B. Kerr, generálny poradca, do New Yorku koncom mája 1888 po jednom týždni Teslovej prednášky a nedopustili sa rovnakej chyby ako Thomson alebo Edison. V skutočnosti bol pokrok Tesly v oblasti motora pred trojfázovým elektromotorom Olivera Shallenbergera. O dva mesiace neskôr George Westinghouse získal patentové práva a Teslove služby a tiež predstavuje indukčný ampérhodinový merač pre striedavý prúd, ktorý vyvinul Oliver B. Shallenberger .

Obr. 6. - Schéma znázorňujúca princíp Tesla Motor.

Tesla si predstavoval, že ak vybaví kotvu svojho generátora a pole svojho motora dvoma ďalšími súpravami cievok, ktoré sú spojené tak, aby tvorili odlišné obvody, bol by schopný vytvoriť postupné posúvanie magnetických pólov poľa motora a tak ťahať okolo armatúry schopnej magnetickej indukcie a umiestnenej v sfére vplyvu jeho rotujúceho poľa. Tento spôsob činnosti bude jasne pochopený zo schematického náčrtu A (obr. 6) a ilustrácie (obr. 7) zobrazujúcej schému zapojenia obvodov motora a generátora. Ak vezmeme do úvahy druhú možnosť, M je motor a G generátor. Kotva A generátora je navinutá dvoma sadami cievok, B a B', vyvedenými cez hriadeľ a spojenými s kontaktnými krúžkami bb a b' b'.

Obr. 7. — Schéma zapojenia motora Tesla.

Magnet poľa motora pozostáva zo železného krúžku R, tiež navinutého s dvoma sadami cievok, CC a C' C', pričom diametrálne protiľahlé cievky sú zapojené do série. Cievky generátora B a cievky motora C'C', ako bude vidieť, sú zahrnuté v jednom obvode L a zostávajúce cievky generátora B' a cievky motora CC v inom obvode L'. Kotva motora pozostáva jednoducho zo železného kotúča odrezaného po stranách, ktorý sa pri aktivácii poľa motora stane indukciou magnetom. Na obr. 6, B a B' predstavujú cievky kotvy generátora a C a C' cievky poľa motora ako na obr. 7. Keď sú cievky generátora v polohe znázornenej na prvom diagrame, cievka B je negeneruje žiadny prúd a B' generuje svoje maximálne množstvo. Cievky C motorového poľa, ktoré sú zahrnuté v obvode B', preto prechádzajú ich najväčším prúdom a vytvárajú magnetické póly v železnom prstenci R na N a S. Ako sa kotva generátora otáča, B sa privádza do a poloha, v ktorej generuje prúd, a keď tento pohyb dosiahne jednu osminu otáčky, kruh bude v polohe znázornenej na druhom diagrame na obrázku. Každá z páru cievok C a C' bude mať teraz tendenciu nastaviť póly v kruhu R motora deväťdesiat stupňov od seba, a keďže ich pôsobenie je rovnaké a opačné, poloha pólov bude určená výsledným magnetických síl pôsobiacich na krúžok a póly sa preto okolo krúžku posunú o osminu otáčky.

Princíp rotácie magnetických pólov aplikoval pán Tesla na množstvo rôznych konštrukcií. Navrhol stroje, v ktorých magnetizmus poľa zostáva nemenný a magnetizmus kotvy je posunutý, a iné zase, v ktorých dochádza k postupnému posúvaniu magnetických pólov poľa aj kotvy v opačných smeroch. Tiež zistil, že kotva motora môže pozostávať zo sád uzavretých cievok, v ktorých sa indukujú prúdy, a tým, že sa indukovaná časť generátora stala stacionárnou a pole sa otáčalo, bol schopný vyrobiť prístroj bez akýchkoľvek pohyblivých elektrických kontakty. Pri prevádzke motorov tohto charakteru pán Tesla zvyčajne používal generátor s viacerými obvodmi kotvy, ako je opísané vyššie; ale v priebehu svojich experimentov zistil, že obyčajný stroj na nepretržitý alebo jednosmerný prúd môže byť malými zmenami vyrobený tak, aby poskytoval striedavý viacfázový prúd rovnako ako a navyše k jednosmernému prúdu. Aby to bolo možné dosiahnuť, zistil, že je len potrebné pridať do stroja pár zberných krúžkov pre každý okruh viacfázového prúdu a spojiť ich so správnymi cievkami kotvy. Ak by napríklad chcel produkovať dvojfázový prúd vyžadujúci dva obvody od jeho generátora k jeho motoru, jeden obvod by obsahoval sadu cievok v kotve generátora, ktoré prechádzali polohou, v ktorej bol maximálny prúd a druhý súbor cievok, v ktorých sa súčasne generuje minimálny prúd. Fázy prúdu by potom nasledovali za sebou v rovnakom poradí ako v predchádzajúcich strojoch s odlišnými obvodmi na kotve. U tejto formy stroja, ako je vidieť, môže byť viacfázový striedavý prúd odoberaný z kolektorových krúžkov, zatiaľ čo jednosmerný prúd môže byť odoberaný z komutátora a časť alebo celý tento jednosmerný prúd môže byť odoberaný cez budiace cievky, aby ich nabudili a potom sa dali použiť na akékoľvek použitie, na ktoré sú takéto prúdy vhodné.

Jedného dňa Westinhouse navštívil Teslovo laboratórium a bol ohromený tým, čo videl. Tesla skonštruoval modelový viacfázový systém pozostávajúci z dynama na striedavý prúd, zosilňovacích a znižovacích transformátorov a striedavého motora na druhom konci. Dokonalé partnerstvo medzi Teslou a Westinghouse pre celoštátne využívanie elektriny v Amerike sa začalo.

Nikola Tesla o jeho práci so striedavými prúdmi a ich aplikáciou na bezdrôtovú telegrafiu, telefóniu a prenos energie: Rozšírený rozhovor - Leland I. Anderson, redaktor:

Aby sa zvýšil počet prestávok, použil som prúdy rôznych fáz. V laboratóriu som mal permanentne dvojfázové dynamo a mohol som medzi nimi získať fázy; to znamená, že z dvoch fáz, od seba vzdialených 90, som mohol získať štyri fázy, od seba 45. Tu je usporiadanie znázornené tak, ako som ho mal ja, pracujúci s tromi fázami (60 oddelených a mohol som získať šesť fáz, 30 oddelených) a neskôr som mal jeden so štyrmi fázami (45 oddelených a mohol som získať osem fáz 22 1/2 oddelene). Vidíte, ako som znásobil počet fáz, zvýšil som počet základných výbojov.

Toho som použil už v laboratóriu 35 South Fifth Avenue, pretože si pamätám, že som robil zábavu niekoľkým vedeckým spoločnostiam a vtedy to tam bolo. Viem, že pri jednej príležitosti tu bola Spoločnosť architektov a pri druhej Elektroterapeutická spoločnosť, a potom som mal významných mužov ako Mark Twain a Joseph Jefferson – dal som im ukážku, ktorá bola uverejnená v Martinovom článku v aprílovom časopise Century Magazine. 1895 a viem, že pri týchto príležitostiach som použil dvojfázové usporiadanie. Neskôr som to urobil štvorfázovo. Tento prístroj teda existoval pred zničením môjho laboratória v roku 1895.

Viacfázový generátor s mechanickým prerušením. Experimenty v laboratóriu na 35 South Fifth Avenue a následne.

Trojfázový motor s premenlivou reluktanciou - Tesla patent 381 968 podaný 12. októbra 1887

Svoje vynálezy nikdy nevyvíjal so žiadnym komerčným zámerom a vždy veril, že potrebné financie sa nejako zhmotnia podľa ich vlastnej dôležitosti. V prípade Striedavého prúdu dostal príležitosť koncom roku 1893 významný vynálezca a obchodník z Pittsburghu George Westinghouse , ktorý zbohatol výrobou svojho vynálezu vzduchových bŕzd pre rozvíjajúci sa železničný priemysel. Westinghouse získal zákazku na vytvorenie elektrárne a Tesla povedal priemyselníkovi o svojom nápade na polyfázový systém, ktorý by umožnil prenášať striedavý prúd (AC) na veľké vzdialenosti.

Westinhouse sa veľmi zaujímal o koncept vyvinutý Teslou, ale presné podmienky dohody sa v historických záznamoch nenachádzajú. Mnohé zdroje naznačovali, že Tesla dostal 1 milión dolárov za svojich viac ako 40 patentov, ale najdôveryhodnejším záznamom je pravdepodobne to, že dostal 60 000 dolárov, pričom 90 % bolo v akciách Westinghouse a licenčný poplatok 2,50 dolárov za inštalovaný kW.

Keď Byllesby a Kerr prejavili záujem o kúpu patentov pre Westinghouse, Peck ich informoval, že kapitalista zo San Francisca ponúkol 2 000 000 $ plus honorár 2,50 $ za konskú silu za každý nainštalovaný motor.

“Podmienky sú, samozrejme, príšerné,” povedal Byllesby Westinhouse “Povedal som im, že neexistuje možnosť, aby sme túto záležitosť vážne zvážili.” “Aby som nevzbudil dojem, že táto záležitosť vzbudila moju zvedavosť, skrátil som svoju návštevu.”

Westinghouse raz poznamenal:

„Cena sa zdá byť dosť vysoká, ale ak je to jediný spôsob prevádzky motora striedavým prúdom a ak je použiteľný na prácu s autom, môžeme nepochybne ľahko získať od používateľov prístroja akékoľvek dane, ktoré naň kladú. vynálezcovia”

Okrem toho si na jeden rok najme Teslu ako konzultanta pre svoju spoločnosť a v júli 1888 sa presťahoval do Pittsburghu, aby zaviedol svoje návrhy motorov na striedavý prúd do výroby. Počas pobytu v Pittsburghu Tesla opustil Szigeti v New Yorku, kde pokračoval v práci na niekoľkých motorových patentoch, ktoré Tesla nepridelil Westinghouse.

Počas svojho pôsobenia v Pittsburghu Tesla úzko spolupracoval so Shallenbergerom a niektorými ďalšími významnými inžiniermi a vynálezcami a vyvinul veľký obdiv k Georgovi Westinghousovi.

Tesla spočiatku pracoval na zlepšení dvoch polyfázových motorov, ktoré si priviezol z New Yorku, pričom očakával, že Westinghouse vyvinie úplne nový polyfázový systém využívajúci štyri vodiče na pripojenie generátorov a motorov. Keďže jeho motory fungovali najlepšie pri nízkych frekvenciách, Tesla nastavil svoje motory na 50 cyklov a experimentoval s novými návrhmi transformátorov. Dizajn Westinghouse využíval 133 cyklov, aby sa spotrebitelia nesťažovali na blikanie ich žiaroviek. Tesla nakoniec súhlasila s tým, že bude pracovať na verzii s delenou fázou, ktorá by mohla byť uvedená do výroby. On a ďalší inžinieri Westinghouse prispôsobili motor zväčšením množstva medeného drôtu v rotore a nahradením jadier rotora a statora z tepaného železa mäkkou Bessemerovou oceľou. Samotná zmena na oceľové jadrá zdvojnásobila prácu typického predtvarovaného motora a spoločnosť Westinghouse považovala tento objav za tajomstvo, ktoré si roky žiarlivo strážila. Tesla tiež spolupracoval s hlavným dizajnérom Westinghouse Albertom Schmidom na vývoji štandardného rámu pre stator, ktorý by sa dal ľahko odlievať a opracovávať. Počas práce na týchto zmenách Tesla pripravil patenty pre Westinghouse av roku 1889 podal pätnásť patentov. Z hľadiska patentov to bol najproduktívnejší rok v jeho kariére Tesla pripravil patenty pre Westinghouse av roku 1889 podal pätnásť patentov. Z hľadiska patentov to bol najproduktívnejší rok v jeho kariére Tesla pripravil patenty pre Westinghouse av roku 1889 podal pätnásť patentov. Z hľadiska patentov to bol najproduktívnejší rok v jeho kariére * .

Tesla Patents on Polyphase System v PDF - *

Tesla zvyčajne neuvádzal svoje nápady písomne ​​alebo náčrtmi a inžinieri v Pittsburghu museli vylepšovať pôvodné patenty, pretože boli pod palcom, aby projekty dokončili. Hlavným problémom, ktorý trápil dizajn Tesly, bolo štartovanie motora pod záťažou v malých staniciach. O niekoľko rokov neskôr (v roku 1893) sa Charles Proteus Steinmetz pracujúci ako nezávislý dodávateľ podieľal na riešení niektorých tepelných/elektrických problémov. Pokrokové štúdie, ktoré začal Nikola Tesla (Pozri Teslov patent US417,794 – Armatúra pre elektrické stroje – A. Schmid & N. Tesla – 24. decembra 1889), SteinmetzVýskum hysterézie (magnetický jav, ktorý spôsobil stratu výkonu v motoroch) bol aplikovaný na návrh obvodov striedavého prúdu a viedol k presným výpočtom magnetického odporu, ktorý spôsobil revolúciu v teórii a analýze obvodov striedavého prúdu.

US417 794 – Armatúra pre elektrické stroje – A. Schmid & N. Tesla – 24. december 1889

V roku 1889 sa Westinghouse Electric Company premenovala na Westinghouse Electric & Manufacturing Company. V tom istom roku spoločnosť Niagara Falls uzavrela finančné dohody s bankovou skupinou, ktorá pozostávala z JP Morgan , Brown Brothers, Windslow a Lanier & Co. Predtým, ako Windslow súhlasil s účasťou, poslal Lanier partnera, Edwarda Deana Adamsa, aby to vyšetril. Niagara Falls Power Company, potomok Schoellkopfovej firmy, vytvoril Cataract Company na čele s Edwardom Deanom Adamsom s úmyslom rozšíriť kapacitu Niagarských vodopádov.

Tesla opustil závod Westinghouse na jeseň roku 1889 a okamžite prešiel na ďalšiu fázu vývoja poľa striedavého prúdu: nový systém distribúcie energie pomocou vysokofrekvenčných striedavých prúdov, ktorý by bol oveľa lepší. veľkolepý objav ako jeho polyfázový systém. V priebehu nasledujúcich dvoch rokov preskúmal princípy, podľa ktorých by sa energia mohla šíriť vysielaním bez použitia drôtov, a tieto demonštroval pomocou výkonných cievok vo svojom laboratóriu. Distribúcia inteligencie, neskôr nazývaná „bezdrôtová“, bola len jednou fázou jeho celosvetového systému.

V roku 1890 sa Adams stal prezidentom stavby sivého zákalu a čoskoro odišiel do Európy (vraj nie hľadať financie, ale získavať technologické informácie). Zavolal Rothschildovi do Londýna, aby mu vysvetlil plány na využitie Niagarských vodopádov a britský bankár odporúčal inžinierov, a potom, ako si Adams spomenul, sa bankár spýtal:

“Predpokladám, že nie si pripravený so svojimi finančnými plánmi?”

„áno“ zopakoval prezident Adams – „boli prijaté v predbežnom rozsahu… Všetky doterajšie snahy o dôležité využitie sily Niagary boli neúspešné, ale veríme, že veda pokročila natoľko, že s jej obratným využitím, čoskoro bude možné využiť Niagaru na komerčnom základe . “

Adams povedal Rothschildovi:

“Neprišli sme pre peniaze, ale pre radu. Chceme začať investovaním do rád vašich vedcov a inžinierov.”

Lord Rothschild považoval túto požiadavku od Američana za vzácnu a podľa Adamsa v dôsledku rozhovoru vykonal počiatočný úpis vo výške 5 000 libier , ale v skutočnosti nič nebolo zriedkavé a prezident len ​​otváral cestu cudziemu kapitálu.

Povodeň zničila elektráreň Willamette Falls DC. Táto nešťastná udalosť pripravila pôdu pre prvý diaľkový prenos striedavej elektriny na svete, keď spoločnosť Willamette Falls Electric inštalovala experimentálne generátory striedavého prúdu od Westinghouse v roku 1890. V tom istom roku založili Niagara Falls Power Company (NFPC) a jej dcérsku spoločnosť Cataract Company Medzinárodná Niagarská komisia zložená z odborníkov, aby analyzovala návrhy na využitie Niagarských vodopádov na výrobu elektriny. Komisiu viedol sir William Thomson (neskôr lord Kelvin) a zahŕňali Eleuthère Mascart z Francúzska, William Unwin z Anglicka, Coleman Sellers z USA a Théodore Turrettini zo Švajčiarska. Podporili ju podnikatelia ako JP Morgan, Lord Rothschild a John Jacob Astor IV. Medzi 19 návrhmi dokonca krátko zvažovali stlačený vzduch ako médium na prenos energie, ale uprednostnili elektrinu. V každom prípade sa nevedeli rozhodnúť, ktorá metóda by bola celkovo najlepšia.

V roku 1890 George Westinghouse odporučil, že najlepší spôsob dopravy energie z Niagarských vodopádov do Buffala by bol stlačený vzduch (stlačený vzduch alebo vodovodné potrubie alebo oceľové laná na stĺpoch a kladkách vo vzdialenosti 22 míľ od Niagarských vodopádov do Buffala). Westinghouse to pravdepodobne vedel. Ako vynálezca vzduchovej brzdy bol uznávaným odborníkom na pneumatické systémy. A v poslednej dobe obrátil svoju pozornosť na elektrinu. V roku 1886 zorganizoval Westinghouse Electric Company. Do roku 1890 spoločnosť prevádzkovala 300 centrálnych elektrární.

Keď Nikola Tesla vynašiel trojfázový systém prenosu energie striedavým prúdom, prenos elektriny na diaľku sa stal možným, keďže Westinghouse a Tesla v roku 1890 postavili Amesovu hydroelektráreň na striedavý prúd v Telluride a dokázali, že je účinná pri prenose elektriny na vzdialenosť 3,6 míle ( 4,2 km) pomocou motorom poháňanej lisovne v bani Gold King. Prevádzku som začal v roku 1891.

Interiér scény závodu Old Ames spoločnosti Western Colorado Power Company v roku 1891.

Edisonov distribučný systém jednosmerného prúdu pozostával z výrobných závodov, ktoré napájali ťažké rozvodné vodiče, najmä pre osvetlenie a motory zákazníkov. Systém pracoval na rovnakej úrovni napätia; napríklad 100 voltové lampy u zákazníka by boli pripojené ku generátoru dodávajúcemu 110 voltov, čo je rezerva pre určitý pokles napätia vo vodičoch medzi generátorom a záťažou. Úroveň napätia bola zvolená pre pohodlie pri výrobe lampy; vysokoodolné uhlíkové žiarovky by mohli byť skonštruované tak, aby vydržali 100 voltov a poskytovali svetelný výkon ekonomicky konkurencieschopný s plynovým osvetlením. V tom čase sa predpokladalo, že 100 voltov pravdepodobne nepredstavuje vážne nebezpečenstvo smrteľného úrazu elektrickým prúdom.

Aby sa ušetrili náklady na medené vodiče, bol použitý trojvodičový rozvodný systém. Tri drôty mali relatívny potenciál +110 voltov, 0 voltov a -110 voltov. 100-voltové lampy mohli byť prevádzkované buď medzi +110 alebo -110 voltovými nohami systému a 0-voltovým “neutrálnym” vodičom, ktorý prenášal iba nevyvážený prúd medzi zdrojmi + a -. Výsledný trojvodičový systém využíval menej medeného drôtu na dané množstvo prenášanej elektrickej energie, pričom si stále udržiaval (relatívne) nízke napätie. Aj pri tejto inovácii bol pokles napätia v dôsledku odporu systémových vodičov taký vysoký, že elektrárne museli byť umiestnené v okruhu 1 až 2 km od záťaže.

Keďže Edison nedokázal napadnúť elektrinu striedavým prúdom z technických dôvodov, namiesto toho sa rozhodol použiť taktiku zastrašovania a uskutočnil kampaň na odradenie od používania striedavého prúdu vrátane šírenia dezinformácií o smrteľných nehodách so striedavým prúdom, verejného zabíjania zvierat a lobovania proti používaniu striedavého prúdu v štáte. zákonodarných zborov. „Tak isto istá ako smrť (striedavý prúd) zabije zákazníka do šiestich mesiacov,“ vyhlásil. Boli vytlačené a distribuované letáky o nebezpečenstvách striedavého prúdu. V štáte New York sa vynaložilo lobistické úsilie s cieľom obmedziť zákonnú úroveň elektriny na 800 voltov, čím sa distribúcia striedavého prúdu stala nepraktickou „z dôvodu verejnej bezpečnosti“. Snáď najstrašnejšie však boli víkendové Edisonove demonštrácie nebezpečenstiev Teslovho diela.

“Dámy a páni, teraz ukážem účinky striedavého prúdu na tohto psa.”

Edison nariadil svojim technikom, predovšetkým Arthurovi Kennellymu a Haroldovi P. Brownovi, aby predsedali niekoľkým zabíjaniam zvierat, predovšetkým túlavých mačiek a psov, ale aj nechceného dobytka a koní. Na základe týchto smerníc mali ukázať tlači, že striedavý prúd je nebezpečnejší ako Edisonov systém jednosmerného prúdu. Pokúsil sa tiež spopularizovať výraz pre zabitie elektrickým prúdom ako „Westinghoused“. Roky po tom, čo DC prehralo „ vojnu prúdov “, v roku 1903, jeho filmový štáb nakrútil pod dohľadom Edisonových zamestnancov film o usmrtení elektrickým prúdom s vysokým napätím striedavého prúdu o Topsy, sloni z cirkusu na Coney Island, ktorá nedávno zabila troch mužov.

Edisonov zámer znevážiť systém striedavého prúdu viedol k vynálezu elektrického kresla. Harold P. Brown, ktorý bol tajne platený Edisonom, postavil prvé elektrické kreslo pre štát New York, aby podporil myšlienku, že striedavý prúd je nebezpečnejší ako jednosmerný prúd.

Keď bola stolička prvýkrát použitá, 6. augusta 1890, technici nesprávne odhadli napätie potrebné na zabitie odsúdeného väzňa Williama Kemmlera. Prvý výboj elektriny nestačil na to, aby Kemmlera zabil a zanechal ho len ťažko zraneného. Postup sa musel zopakovať a reportér to opísal ako „strašné divadlo, oveľa horšie ako obesenie“. George Westinghouse komentoval:

“Boli by lepšie použiť sekeru.”

Michail Dolivo-Dobrowolsky (Rus, naturalizovaný Švajčiar), hlavný elektrikár v AEG v Berlíne, použil základné myšlienky Tesly a skonštruoval prvý trojfázový klietkový indukčný motor. Začiatkom roku 1889 jeho prvý motor beží správne. Jeho systém bol prvýkrát vystavený v Európe na Medzinárodnej elektrotechnickej výstave v roku 1891, kde Dolivo-Dobrovolsky použil tento systém na prenos elektrickej energie na vzdialenosť 176 km so 75% účinnosťou.

Pán Hering v článku Pán Tesla a Drehstromský systém – elektrický svet – 6. februára 1892 napísal:

“Dobrowolsky, hoci mohol byť nezávislým vynálezcom, pripúšťa, že Teslova práca predchádzala jeho vynálezu. Som si istý, že skromnosť oboch týchto pánov by viedla k jasnému porozumeniu. Čo sa týka témy priority, môže to byť zaujímavé Tu, aby som povedal, že v rozhovore s profesorom Ferrarisom minulé leto mi tento pán s veľmi skromnou skromnosťou povedal, že hoci experimentoval s rotačným poľom niekoľko rokov pred publikovaním Teslovho diela, nemyslel si, že je možné, že Tesla mohol vedieť jeho práce, a preto veril, že to Tesla vynašiel úplne nezávisle. Tiež uviedol, že Tesla to vyvinul oveľa ďalej ako on (Ferraris).

Prvý trojfázový indukčný motor Dolivo-Dobrowolsky, 1889 Ilustrácia z ETZ, 1917 [9]

Výstavba elektrárne Niagara Falls začala v roku 1892 s rozsiahlymi tunelovými systémami na úrovni zeme a pod úrovňou terénu na 21 stôp vysokom 18 stôp širokom tuneli na zachytávanie vôd Niagara pre elektráreň. Stavba tunela trvala 3 roky.

Pre spoločnosť Westinhouse sa Schmid, Scott a Lamme mohli poradiť s Teslom, zatiaľ čo Stillwell a Schallenberger uvažovali a peňažní muži neochotne súhlasili s demontážou veľmi lukratívnej, ale zastaranej mašinérie Gaulard-Gibbs.

Začiatkom roku 1893 inžinier Westinghouse Benjamin Lamme urobil veľký pokrok vo vývoji efektívnej verzie Teslovho indukčného motora a Westinghouse Electric začal označovať svoj kompletný viacfázový fázový AC systém ako „Tesla Polyphase System“, takže neverili, že by im Teslove patenty dali patentovú prioritu. oproti iným systémom AC.

Steinmetz bol najatý General Electric, aby rozlúštil Teslov patenty. Pre GE bola situácia zložitá, pretože dúfali, že niekto ako Steinmetz alebo Thomson by mohol prísť s konkurenčným dizajnom, ale neuvedomili si, že Tesla má všetky základné patenty. Tesla jednoducho pochopil základy a žiadna spoločnosť by bez neho nemohla pokračovať. Iný elektrický systém tam nebol.

V tom istom roku bol George Forbes najatý v spoločnosti Westinhouse ako technický konzultant av máji 1893 presvedčil spoločnosť, aby vybudovala hydroelektrický systém založený na viacfázovom striedavom prúde. Westinghouse Electric bol zadaný subdodávateľom na výrobu 25 Hz AC generátorov s výkonom 5 000 koní (3 700 kW) na základe práce Nikolu Teslu a Benjamina G. Lammeho. Turbíny mala nainštalovať do domu č. 3 spoločnosť IP Morris Company z Philadelphie v Pensylvánii na základe plánu švajčiarskej spoločnosti Faesch a Piccard.

V roku 1893 si Tesla už nechal patentovať rôzne typy svojich striedavých elektromagnetických motorov a generátorov, ale aj rôzne metódy a systémy prenosu elektrickej energie a použil ich na osvetlenie Svetovej kolumbijskej výstavy v Chicagu v tom istom roku. Tesla a Westinghouse sa už podieľali na návrhu a inštalácii generátorov viacfázového typu. Zmluva prišla ako výsledok súťaže vedenej medzinárodnou komisiou pre Niagarské vodopády s finančnými cenami v celkovej výške 20 000 dolárov za najlepší plán na využitie vodopádov.

Práca spoločnosti Niagara Falls Power Project Company vyžaduje od jeho technických poradcov schopnosti, víziu a úsudok na vysokej úrovni. Našťastie vedenie spoločnosti bolo mimoriadne múdre a prezieravé a pod jeho vedením sa myslenie vybranej skupiny schopných vedcov v Amerike a Európe priviedlo k problému využitia sily veľkých vodopádov. Z Európy prišli Lord Kelvin, Mascart, Turrettini, Unwin a Forbes. Z Ameriky prišli Sellers, Herschell a Rowland. Plány a návrhy boli získané aj od mnohých iných doma aj na palube.

Komisia poverená plánovaním energetického projektu si vyžiadala návrhy od odborníkov z celého sveta, aby ich všetky zamietla. Schémy siahali od systému využívajúceho pneumatický tlak až po systém vyžadujúci laná, pružiny a kladky. A existovali návrhy na prenos jednosmernej elektriny, jeden podporil Edison. S viac ako niekoľkými stranami, ktoré si nárokovali práva na rôzne časti systému striedavého prúdu, došlo k osočovaniu a protinárokom a viac než len malému priemyselnému krádeži nápadov. Tesla odporučil Adamsovi, že dvojfázový systém by bol najspoľahlivejší a že existuje systém Westinghouse na zapaľovanie žiaroviek pomocou dvojfázového striedavého prúdu. Na čele komisie bol lord Kelvin, slávny britský fyzik, ktorý bol proti striedavému prúdu ako Edison, kým sa nezúčastnil na výstave v Chicagu v roku 1893. Kelvin a jeho komisia teraz, silne prerobený na striedavý prúd, požiadali Westinghouse, aby použil striedavý prúd na využitie sily vodopádov. .

Nakoniec to boli Teslove patenty, ktoré vyhrali deň. Spoločnosť Westinghouse Company bola vybraná, aby poskytla elektráreň a systém striedavého prúdu, zatiaľ čo spoločnosť General Electric Company získala výstavbu prenosových vedení.

Edward Dean Adams urobil toto vyhlásenie v súvislosti s výskumom AC spoločnosti Westinghouse v súvislosti s vývojom Niagara Power:

“Po vydaní Teslových polyfázových patentov v máji 1888 nasledovalo o rok neskôr organizácia Cataract Construction Company (a jej pridružená spoločnosť Niagara Falls Power Company), ktorá sa pustila do skúmania metód rozvoja Niagara Power. Niagarské plány a stroje na striedavý prúd sa vyvíjali súčasne a za menej ako desať rokov vzájomne prispeli k inaugurácii modernej hydroenergetickej prevádzky.”

Na začatie projektu bolo potrebné, aby Tesla venovala nejaký čas vývoju dizajnu motorov v závode v Pittsburghu a potom sa mohla rozbehnúť výroba. Počas tohto obdobia sa Tesla nemohla vyhnúť mnohým konfliktom , ktoré vznikli pri premene teoretického a pilotného návrhu závodu na výrobu v plnom rozsahu a rada sa vrátila do New Yorku na konci roka. Obdobie výstavby bolo traumatizujúce pre inžinierov, mechanikov a robotníkov, no najviac zavážilo pre investorov.

Projekt sa blížil k dokončeniu po piatich rokoch nočnej mory pochybností a finančných kríz, ale Tesla ani na chvíľu nepochybovala o výsledkoch. Investori si však vôbec neboli istí, či systém bude fungovať. Kým stroje v Teslovej trojrozmernej predstavivosti bežali hladko, stále boli nepreverené a drahé. Pri vývoji viacfázového motora došlo k prepracovaniu a zmenám od 133 Hz. alebo cyklov za sekundu (viac-menej štandardná frekvencia pre skoré jednofázové systémy) do 60 Hz. Toto zostáva štandardnou severoamerickou frekvenciou. Tesla tiež vyvinula niekoľko „split-fázových“ návrhov motorov pre jednofázové systémy.

Westinghouse začal s vývojom trojfázových motorov v roku 1892, ktoré viedli k úspechu v roku 1893.

Vynálezca bol opäť šťastný vo svojom laboratóriu a výroba motorov začala čoskoro nato. Počas tohto obdobia vynálezca venoval toľko úsilia vytvoreniu nových vynálezov a požiadal o štyridsaťpäť amerických patentov.

Laboratórium, kde inžinieri Tesla a Westinghouse vyvinuli prístroje pre AC systémy. Exponát zobrazuje jeho „Columbusovo vajce“, ktoré stálo na konci, keď stôl, na ktorom spočíval, bol magneticky vzrušený AC. Ďalší menší stôl s loptou je vidieť vľavo; napravo, skorý vysokofrekvenčný stroj.

Kolumbijská výstava 1893. Polyfázový systém Westinhouse Electric & Production Co. Tesla

Svetová kolumbijská výstava bola svetovou výstavou pripomínajúcou 400 rokov od vstupu Krištofa Kolumba do Nového sveta. Nachádza sa pri jazere Michigan, aby sa uľahčil prístup po mori, ceste a železnici. Bolo to stretnutie nápadov, ľudí a technológií zo všetkých častí sveta, pričom každá krajina prispela tým najlepším zo svojich priemyselných, kultúrnych, obchodných a vzdelávacích podnikov. Renesančný štýl expozičných budov bol neprekonateľný svojou architektonickou krásou. Samotná expozícia bola umeleckým dielom. Bolo to brilantné predstavenie vedy, umenia a priemyslu. Celý svet má svoju púť na kolumbijskú výstavu v roku 1893.

Westinghouse sa začal venovať propagácii systému viacfázového striedavého prúdu a cítil, že toto je jeho najlepšia šanca predstaviť ho širokej verejnosti. Expozícia bola v tom čase najväčšou udalosťou v Amerike a vo svete. General Electric Company (spoločnosť Edisona a Morgana) sa najskôr uchádzala o osvetlenie veľtrhu za 1,8 milióna dolárov. Táto ponuka nedopadla dobre. Títo dvaja urobili druhú ponuku v hodnote 554 000 dolárov. Bez vedomia General Electric George Westinghouse, vyzbrojený Teslovým novým indukčným motorom, navrhol osvetliť veľtrh za 399 000 dolárov. Geniálny promotér Westinghouse predbehol Edisona o kontrakt na napájanie osvetlenia expozícií a elektrických systémov a spoločnosť a AC technológia získali širokú pozitívnu publicitu.

Výstavná spoločnosť mala ušetriť približne 1 000 000 dolárov, ale vážne riskovala schopnosť Westinghouse doručiť včas.

Keď bol Westinghouse informovaný o jeho víťaznej ponuke, pokúsil sa kúpiť potrebné lampy s dlhšou životnosťou od Edison-GE. Zistil však, že jeho objednávka bola zamietnutá. Nemal k dispozícii žiadne výbojky GE, no do splnenia zmluvy zostával menej ako rok. Súdy trvali na tomto zablokovaní a odmietli požadovať od Edison-GE, aby udelila spoločnosti Westinghouse Electric Company licenciu na výrobu alebo predaj lámp.

Potreba lampy, ktorá neporušuje autorské práva, bola okamžitá a naliehavá. Našťastie inžinieri Westinghouse pracovali na 2-dielnej variácii lampy Sawyer-Man. Táto lampa nepoužívala 1-dielne tesnenie z taveného skla Edison, ale namiesto toho používalo zabrúsenú „zátku“ spojenú s obalom banky na utesnenie. Tak vznikla Westinghouse „dvojitá zátková žiarovka“. Túto novo navrhnutú žiarovku Westinghouse vynašiel Reginald Fessenden. Dômyselne nahradil Edisonove jemné platinové prívodné drôty zliatinou železa a niklu, čím výrazne znížil náklady a zvýšil životnosť lampy. Skúšky ukázali, že lampa bude mať obmedzenú životnosť, ale primeranú pre expozíciu a dostatočne dlhú pre jeho ďalšie potreby, kým nevypršia Edisonove patenty. Zariadenia na výrobu 250 000 lámp boli zintenzívnené a veľtrh sa otvoril včas na radosť a úžas všetkých.

Zátka a žiarovka novej lampy Westinghouse. The Electrical Engineer, zväzok XV, č. 248, 1. február 1893, str. 108

1. mája 1893 prezident Grover Cleveland stlačil tlačidlo a takmer 100 000 žiaroviek osvetlilo Biele mesto. Taktika Westinghousu sa okamžite a nesmierne vyplatila. Bránami veľtrhu prešlo viac ako 27 miliónov ľudí. Viacfázový systém striedavého prúdu Tesly rozsvietil vyše dvestotisíc elektrických žiaroviek. Výstava Westinghouse bola historická zbierka strojov, všetky poháňané striedavým prúdom Tesla/Westinghouse. Elektrina a striedavý prúd sa šírili po pobreží a ďalej. „Mesto svetla“, ako sa začalo nazývať, bolo poháňané viacfázovými generátormi striedavého prúdu s výkonom 12 000 koní. Veľtrh ukázal, aký bezpečný môže byť striedavý prúd. Bola to veľkolepá ukážka svetiel a energie,

Diabol v Bielom meste, Erik Larson:

„Ak boli večery na veľtrhu zvodné, noci boli očarujúce. Lampy, ktoré lemovali každú budovu a chodník, vytvorili najprepracovanejšiu demonštráciu elektrického osvetlenia, o akú sa kedy pokúsili, a prvý rozsiahly test striedavého prúdu. Samotný veľtrh spotreboval trikrát viac elektriny ako celé mesto Chicago. Boli to dôležité technické míľniky, ale to, čo návštevníci zbožňovali, bola úplná krása videnia toľkých svetiel zapálených na jednom mieste a v jednom čase. Každá budova, vrátane Manufactures and Liberal Arts Building, bola zvýraznená bielymi žiarovkami. Obrovské svetlomety – najväčšie, aké boli kedy vyrobené a ktoré sú vraj viditeľné na šesťdesiat míľ ďaleko – boli namontované na strechu továrne a zametali pozemky a okolité štvrte. Veľké farebné žiarovky osvetľovali stometrové oblaky vody, ktoré vytryskli z MacMonniesovej fontány.“ … bolo to „ako dostať náhle videnie neba“.

Kým bol hydraulický tunel vo výstavbe, vývoj viacfázového aparátu odôvodnil oficiálne rozhodnutie zo 6. mája 1893, päť rokov a päť dní po vydaní Teslových patentov, používať jeho systém, pretože Westinghouse dostal zmluvu na zriadenie prvá elektrická sieť dlhého dosahu s generátormi striedavého prúdu pri Niagarských vodopádoch, ktoré vyrábajú elektrinu na distribúciu v Buffale v štáte New York, vzdialenom 40 kilometrov (25 míľ). Spoločnosť Westinghouse Electric Company bola zadaná spoločnosťou Cataract Company na výrobu generátorov striedavého prúdu s výkonom 5 000 koní (3 700 kW) s frekvenciou 25 Hz, navrhnutých podľa inžinierskych a výskumných prác Nikolu Teslu a Benjamina Lammeho pre stanicu Adams. Bola to obrovská výzva, pretože predchádzajúce generátory mali iba 150 koní. Turbíny mali byť inštalované do RD č.3 do IP

Svetová výstava v Chicagu v roku 1893 predstavovala úspech technologických inovácií v oblasti striedavého prúdu a elektrických prístrojov vyvinutých spoločnosťou Westinhouse.

Plukovník Henry G. Prout napísal:

“Najlepším výsledkom kolumbijskej výstavy z roku 1893 bolo, že odstránila poslednú vážnu pochybnosť o užitočnosti viacfázového striedavého prúdu pre ľudstvo. Definitívna demonštrácia v Niagare sa ešte len mala uskutočniť, ale svetová výstava potvrdila, že byť vyrobený, a tak to znamenalo epochu v histórii priemyslu“

Exponáty zahŕňali rozvádzač, viacfázové generátory, transformátory, prenosové vedenie, znižovacie transformátory, indukčné motory a synchrónne motory komerčnej veľkosti a rotačné meniče jednosmerného prúdu (vrátane prevádzkového železničného motora).

The Electricity Building – kde sa nachádzala výstava Westinghouse.

Generátor Westinhouse

Veľký Allis-Corlissov motor

Polyfázový generátor striedavého prúdu Tesly s výkonom 500 konských síl na výstave Westinghouse.

Polyfázový generátor striedavého prúdu Tesly s výkonom 500 konských síl na výstave Westinghouse.

Kolumbijská výstava

Kolumbijská výstava, pod transparentom oznamujúcim “Tesla Polyphase System”, predstavovala osobné prezentácie Nikola Teslu so (AC) striedavým prúdom a niekoľkými jeho elektromechanickými zariadeniami, ktoré zahŕňali jeho dvojfázový indukčný motor a generátory na napájanie systému striedavého prúdu. Tesla demonštroval sériu elektrických efektov, ktoré sa predtým vykonávali v celej Amerike a Európe. To zahŕňalo použitie vysokonapäťového, vysokofrekvenčného striedavého prúdu na zapálenie bezdrôtovej plynovej výbojky. Pozorovateľ poznamenal:

“V miestnosti boli zavesené dve platne z tvrdej gumy pokryté alobalom. Tie boli od seba vzdialené asi pätnásť stôp a slúžili ako svorky vodičov vedúcich z transformátorov. Keď sa zapol prúd, svietidlá alebo trubice, ktoré nemali drôty, ktoré boli k nim pripojené, ale ležali na stole medzi zavesenými doskami, alebo ktoré bolo možné držať v ruke takmer v ktorejkoľvek časti miestnosti, boli rozsvietené. Boli to rovnaké experimenty a rovnaký prístroj, ktorý predviedol Tesla v Londýne. dva roky predtým, „kde vyvolali toľko úžasu a úžasu“

Tesla tiež vysvetlil princípy rotujúceho magnetického poľa v indukčnom motore tým, že ukázal, ako postaviť medené vajce na koniec pomocou zariadenia, ktoré skonštruoval, známeho ako Kolumbovo vajce.

Vynálezy, výskumy a spisy Nikolu Teslu – Thomas Commerford Martin, editor – ČASŤ IV: Motory ranej fázy a Tesla mechanické a elektrické oscilácie – Kapitola XLII: Osobná výstava pána Teslu na svetovej výstave :

[Str. 477]

Zatiaľ čo exponáty firiem zaoberajúcich sa výrobou elektrických prístrojov každého druhu na svetovom veľtrhu v Chicagu poskytovali návštevníkom bohatú príležitosť na získanie vynikajúcich poznatkov o stave techniky, nechýbalo ani množstvo exponátov, ktoré priniesli výraznú úľavu. práca jednotlivého vynálezcu, ktorá je základom mnohých, ak nie všetkých priemyselných alebo mechanických úspechov. Medzi takýmito osobnými exponátmi bol prominentný exponát pána Teslu, ktorého aparatúra zaberala časť priestorov Westinghouse Company v Electricity Building.

Tento aparát predstavoval výsledky práce a myslenia za obdobie desiatich rokov. Zahŕňalo veľké množstvo rôznych striedavých motorov a skoršie vysokofrekvenčné prístroje pána Teslu. Expozícia motorov pozostávala z rôznych polí a armatúr pre dva, tri a viacfázové obvody a poskytla dobrú predstavu o postupnom vývoji základnej myšlienky rotujúceho magnetického poľa. Exponát s vysokou frekvenciou zahŕňal staršie stroje pána Teslu a rušivé výbojové cievky a vysokofrekvenčné transformátory, ktoré používal pri svojich výskumoch a z ktorých niektoré sú uvedené v jeho dokumentoch vytlačených v tomto zväzku.

Obrázok 297 zobrazuje pohľad na časť exponátov obsahujúcich motorové zariadenie. Medzi nimi je pri A znázornený veľký prstenec určený na zobrazenie javov rotujúceho magnetického poľa. Vyrobené pole bolo veľmi silné a vykazovalo pozoruhodné efekty, otáčajúce sa medené gule a vajíčka a telá rôznych tvarov na značné vzdialenosti a pri veľkých rýchlostiach. Tento krúžok bol navinutý pre dvojfázové obvody a vinutie bolo rozložené tak, že sa získalo prakticky rovnomerné pole. Tento prsteň pripravil pre exponát pána Teslu pán CF Scott, elektrikár spoločnosti Westinghouse Electric and Manufacturing Company.

[Str. 478]

Obr. 297. Osobný exponát Nikoly Teslu na Svetovej výstave v Chicagu, 1893.

Edisonova prezentácia jednosmerného osvetlenia (General Electric Company)

Spoločnosť Westinghouse Company bola požiadaná, aby dodala diely na premenu vôd Niagarských vodopádov na elektrickú energiu. Elektráreň postavená na tento účel bola prvá, ktorá používala jednotky takej veľkej veľkosti na vysielanie elektrickej energie na veľké vzdialenosti.

Medzi Morganom a Westinghouse prebiehali preteky o to, kto bude riadiť budúcnosť elektriny v Amerike. Morganovi bolo jedno, aký druh elektriny sa používa, pokiaľ ju ovládal a ovládal Edisonove DC patenty. Westinghouse si zachoval svoju vieru, že AC je najlepší a nákladovo efektívnejší systém, a preto by sa mal používať, ak žiadny iný.

Počas niekoľkých rokov po kolumbijskej expozícii bol hlavnou aplikáciou elektriny jednosmerný prúd (DC) vyvinutý Thomasom Edisonom na rozsvietenie žiaroviek a striedavý prúd (AC) na rozsvietenie oblúkových svetiel Westinhouse. Ďalšou spoločnosťou, ktorá vyrábala produkty pre elektrické aplikácie, bola Thomson-Houston Company. Konkurencia na trhu bola skutočne agresívna a priemyselnému rozvoju dominoval dopyt po kapitáli a komerčné využitie. Z tohto dôvodu by si spoločnosti museli zabezpečiť prežitie a konsolidácie boli bežné.V roku 1892 finančník JP Morgan navrhol fúziu medzi spoločnosťami Edison (Edison General Electric Co.) a Thomson-Houston (a ďalšími). Výsledná spoločnosť bola pomenovaná General Electric Co., jedna z najväčších korporácií svojej doby. Coffin sa stal jej prezidentom a Thomson zostal ako hlavný technický poradca novej spoločnosti.

Charles Coffin, hrdo sa chválil svojou taktikou, ako získať pôdu pre Morgana. Opísal zvýšenie ceny Edisonovho pouličného osvetlenia zo 6,00 na 8,00 dolárov, konkrétne preto, aby sa zvýšili ďalšie 2 doláre za pouličné osvetlenie na vyplatenie miestnych politikov. Obhajoval tiež rýchlu inštaláciu generátorov a distribučných systémov, pričom výhodou je, že “užívatelia ochotne platia našu cenu (za energiu v budúcnosti), pretože si nemôžu dovoliť zmeniť systém.”

Westinghouse dal jasne najavo, že on a Coffin nezdieľajú ich štýl podnikania.

House of Morgan preto išiel po Westinghouse iným spôsobom a medzi investorov z Wall Street šíril klebety, že financie Westinghouse sú nestabilné. Investori sa začali vyhýbať tomu, aby poskytli Westinghouse nový kapitál, keďže kapitál bol životnou miazňou jeho úsilia o implementáciu AC. Táto konsolidácia predstavovala výzvu pre spoločnosť Westinhouse, ktorá potrebovala nájsť viac partnerov na zabezpečenie svojej platobnej schopnosti. Nakoniec sa ukázalo, že ak majú AC a Westinghouse prežiť, pozoruhodná licenčná zmluva medzi Westinghouse a Teslou by sa musela drasticky zmeniť.

Toto bola éra lúpežných barónov a jeden z najväčších bol pripravený urobiť svoj krok. JP Morgan v nádeji, že dostane všetku americkú vodnú energiu pod svoju kontrolu, pristúpil k manipulácii síl akciového trhu s úmyslom vyhladovať Westinghouse a kúpiť Teslovy patenty. Čiastočne vďaka Tesle sa tak nestalo.

Westinghouse vyzval vynálezcu a prosil ho o útek z pôvodnej zmluvy, ktorá Teslovi poskytla štedré licenčné poplatky, a urobil to, pričom zdôraznil svoj záväzok k napájaniu striedavým prúdom a Teslovo úsilie. Vynálezca neponúkol žiadny odpor, aby to prijal, ale dokonca jednoducho roztrhol zmluvu s odvolaním sa na dôveru a podporu svojho priateľa.

Westinghouse prišiel do Tesly a opísal situáciu. Tesla odpovedal týmito slovami:

„Pán Westinghouse, bol ste mojím priateľom, verili ste vo mňa, keď iní neverili; boli ste dosť odvážni, aby ste išli vpred… keď ostatným chýbala odvaha; podporovali ste ma, keď ani vašim vlastným inžinierom chýbala vízia… stál pri mne ako kamarát…

“Tu je tvoja zmluva a tu je moja zmluva. Oboch ich roztrhám na kusy a ty už nebudeš mať žiadne problémy s mojimi honorármi. Stačí to?”

Toto veľkorysé gesto predstavovalo rozkvet spoločnosti Westinghouse Electric and Manufacturing Company. Prijatie tejto situácie by znamenalo , že financie na jeho ďalší výskum a vynálezy by sa v dlhodobom horizonte scvrkli najmenej o niekoľko miliónov dolárov.

Napokon bol vďačný jedinému mužovi, ktorý veril jeho vynálezu. A bol presvedčený, že ho čakajú ešte väčšie vynálezy. Westinghouse Electric Company bola zachránená pre budúce triumfy. Tesla, hoci zdieľala slávu, zostala navždy v opakujúcich sa finančných ťažkostiach.

Elektráreň č. 1 a 2 so zvýšeným transformátorom USA (americká strana). 1908

Teslove vynálezy a nápady sa ukázali ako nevyhnutné pre projekt Niagarských vodopádov, nebol však jediným vynálezcom, ktorý bol potrebný, a bolo mnoho ďalších, ktorí uplatnili svoje úsilie pri vývoji systému striedavého prúdu a prvých návrhov, aby mohli vyvinúť tento kolosálny projekt .

Pre energetický projekt Niagara Falls bolo dôležité vytvoriť tím formovaných a schopných inžinierov, aby sa podelili o svoje znalosti a úspechy, aby premenili všetky tieto nápady na realitu:

Vodný inžinier Thomas Evershed vo veku 69 rokov riadil kanál Erie a bol to jeho posledný veľký projekt. Elektrotechnik Benjamin G. Lamme navrhol rôzne generátory, motory, rotačné meniče a ďalšie prístroje. Pracoval na zlepšení návrhov Teslovho generátora, ktorý skonštruoval. Pred Teslom, Lamme a Oliver B. Shallenberger Westinghouse mali iných inžinierov a prispievateľov na skúmanie striedavej elektriny: priekopníka elektrického vynálezcu Williama Stanleyho Jr. , Paula M. Lincolna, Lewisa B. Stillwella a mechanického a elektrického inžiniera Alberta Schmida .

Všetci títo vynálezcovia a ešte viac sa podieľali na začiatku elektrického veku a vytvorili základ pre moderný viacfázový systém na poskytovanie služieb elektrickej energie.

Krátko po príchode do Spojených štátov v roku 1893 odišiel Steinmetz pracovať pre Rudolfa Eickemeyera v Yonkers v štáte New York a publikoval v oblasti magnetickej hysterézie, čo mu zabezpečilo celosvetové profesionálne uznanie. Eickemeyerova firma vyvinula transformátory na použitie pri prenose elektrickej energie medzi mnohými ďalšími mechanickými a elektrickými zariadeniami. Eickemeyer nebol až taký vedec, ale bol veľmi pudový. Eickemeyer bol nestály, staval stroje na výrobu klobúkov, pracoval na dynamách. V roku 1893 so Stephenom D. Fieldom a Steinmetzomvynašiel systém elektrických pouličných áut, ale v roku 1893 Eickemeyerovu spoločnosť, spolu so všetkými jej patentmi a návrhmi, kúpila novovytvorená General Electric Company, kde sa rýchlo stal známym ako inžinier inžinierov v inžinierskej komunite GE.

Steinmetz bol vždy ďaleko pred svojimi kolegami v matematických zručnostiach a len málo z poslucháčov jeho prednášky pochopilo brilantnosť jeho myšlienok o magnetizme a obvodoch striedavého prúdu. V prelomovom dokumente „Komplexné množstvá a ich využitie v elektrotechnike“, ktorý bol prezentovaný na stretnutí v júli 1893 uverejnenom v Americkom inštitúte elektrotechnikov (AIEE), vysvetlil štúdie o postupe hysterézie, ktoré začal Nikola Tesla. Jeho celoživotné dielo bolo väčšinou zložené z vysvetľovania diela Nikola Teslu. Tesla tiež vlastnil skutočný patent z roku 1889 na AC US413,353 - Metóda získavania priamo zo striedavých prúdov - 22. októbra 1889.

Nemecký inžinier zjednodušil tieto komplikované metódy na „jednoduchý problém algebry“. Systematizoval používanie fázorovej reprezentácie komplexných čísel v elektrotechnických vzdelávacích textoch, pričom malé písmeno “j” sa používa na označenie operátora rotácie o 90 stupňov v analýze AC systému. V roku 1897 vydal prvú knihu, ktorá zredukovala AC výpočty na vedu. Svoje teórie publikoval v článkoch a učebniciach, vrátane vzdelávacích kníh na výučbu matematiky potrebnej na pochopenie jeho myšlienok. Steinmetz tiež vytvoril štandardnú symbolickú notáciu pre schematické nákresy obvodov. V General Electric Steinmetz zamestnával firemné laboratórium šikovnými, kreatívnymi ľuďmi pracujúcimi pod jeho vedením.

Stanley , pracujúci pod vedením Westinghousa na systéme Gaulard a Gibbs v roku 1886, vymyslel ďalšie vylepšenie, ktoré spočívalo v zabezpečení krytu cievok vytvorením jadra z dosiek v tvare E, pričom stredové výčnelky každej nasledujúcej dosky boli striedavo vložené cez previnuté cievky z opačných strán, čím sa umožní samostatné vinutie a následne lepšia izolácia cievok. Albert Schmid vylepšil Stanleyho dizajn niekoľko rokov po kolumbijskej expozícii, po ktorej predĺžil konce ramien dosiek v tvare E tak, aby sa stretli v centrálnej projekcii. Pri vkladaní týchto dosiek boli predĺženia dočasne ohnuté nahor a po uvoľnení každá doska vytvorila uzavretý magnetický obvod okolo strán cievok.

Prvý trojfázový transformátor vytvoril Michail Dolivo-Dobrovolsky v Nemecku krátko po Schmidovom zlepšení. Steinmetz však raz povedal:

“Naozaj nevidím nič nové v novom systéme Dobrowolsky”

10. augusta 1893 boli vyžiadané nové ponuky na základe návrhu profesora Forbesa zo spoločnosti Cataract na 20 000 voltový dvojfázový generátor s vonkajším rotačným poľom typu „dáždnik“, zatiaľ čo otočná armatúra bola štandardnou praxou.

Spoločnosť General Electric odporučila a súťažila s trojfázovou ponukou (1 milión USD), ktorú navrhol Steinmetz , aby získala zmluvu na výrobu energie v Niagare. Bol však vybraný dvojfázový štvorvodič, pretože sa očakávalo, že veľká časť lokálnej záťaže bude jednofázová. Ďalej bolo potrebné zvoliť frekvenciu.

Tesla raz objavil, že najefektívnejšia frekvencia pre striedavý prúd je 60 Hz. Urobil skvelú empirickú prácu, aby určil, že 220 V AC pri 60 Hz je optimálna kombinácia (aspoň pre motory, ktoré boli kľúčom k podnikaniu s elektrickou energiou na konci 19. storočia), ale Edison vnútil USA 110 V AC, pretože to je jeho Generátory jednosmerného prúdu na Pearl Street v NYC bežali na. Pri vyšších frekvenciách ako 60 Hz AC motory by sa stali neúčinnými a pri nižších frekvenciách ako 60 Hz by bolo potrebné príliš veľa železa a svetlá by tiež blikali. Bolo to po druhej svetovej vojne, kedy európske krajiny začali dodržiavať štandard 220V 50Hz navrhnutý spoločnosťou AEG.

Hydraulické turbíny boli objednané s rýchlosťou 250 ot./min. Frekvencie možné pri 250 ot/min boli: 16 2/3-Hz s 8 pólmi na rotačnom poli; 25-Hz s 12 pólmi; 33 1/3-Hz so 16 pólmi a 41 2/3- Hz s 20 pólmi. Pre veľké motory a rotačné meniče boli preferované nízke frekvencie. Profesor Forbes uprednostňoval 16 2/3-Hz pre striedavé motory komutačného typu, ktoré sa vtedy používali. Vyššie frekvencie boli vhodnejšie pre žiarovky a oblúkové svetlá. Testy ukázali, že pri 25 Hz žiarovky nevykazovali nežiaduce blikanie. Westinghouse prijal 60 Hz pre osvetlenie a 30 Hz pre napájanie a odmietol zaručiť účinnosť pri menej ako 30 Hz. General Electric odporúča 41 2/3 Hz. Po stretnutí s predstaviteľmi Westinghouse v októbri v New Yorku,

Edward Dean Adams:

“V minulosti boli rôzne druhy prúdu vyžadované rôznymi druhmi lámp a motorov generované lokálne; systémom Niagara-Tesla sa generuje iba jeden druh prúdu, ktorý sa prenáša na miesta použitia a potom sa mení na požadovanú formu.”

Jeden z dvojfázových generátorov s výkonom 5000 HP inštalovaných v elektrárni Adams. Generátory boli uvedené do skúšobnej prevádzky, spustené 16. augusta 1895 a komerčné využitie 26. apríla.

V roku 1894 začala Niagara Falls Power Company uzatvárať zmluvy na elektráreň Edwarda Deana Adamsa #1.

Spoločnosť Pelton Waterwheel Company vybavila päť a pol stopové vodné turbíny namontované 140 stôp pod prívodom vody, ktoré poskytovali približne 145 000 galónov za minútu. Guľový regulátor ovládal správne množstvo vody na udržanie rýchlosti vertikálneho hriadeľa.

Westinghouse vybavil generátory s výkonom 5 000 koní (3 700 kW), ktoré boli pripojené k turbíne. Dvanásť elektromagnetov s hmotnosťou 2 800 libier plus hnací hriadeľ poskytlo 25-tonový zotrvačník, ktorý sa otáčal ako vonkajšia konštrukcia (typ dáždnika) okolo vinutí, ktoré boli usporiadané ako dve sady pólov o 180 stupňoch, aby vytvorili dve fázy a 2 300 voltov. Šesť pólov rotujúcich rýchlosťou 250 otáčok za minútu vyprodukovalo 25 cyklov. Tento výstup bol prepojený štyrmi vodičmi s ovládacím panelom.

Ampéry sa rovnajú wattom deleným voltom, takže každá fáza bola schopná niesť 826 ampérov.

Časť energie z každej fázy prvého generátora bola pripojená k dvom transformátorom, ktoré znížili napätie na 440 voltov na prevádzku dvojfázového indukčného motora Tesla poháňajúceho generátor jednosmerného prúdu, ktorý produkoval 585 voltov na napájanie existujúceho trolejbusového systému Niagara Falls. .

Generátor Niagara vo výstavbe vo Westinghouse v Pittsburghu 1894

Baldwin, výrobca lokomotív, a Westinghouse spojili svoje sily v roku 1895, aby vyvinuli elektrifikáciu AC železníc.

V skorých ranných hodinách 13. marca 1895 vypukol požiar a spálil všetko v Teslovom laboratóriu.

15. apríla 1895 bol testovaný prvý Niagarský generátor, ktorý niesol Teslovo meno a čísla patentov, bežal pri plnej rýchlosti, 250 otáčok za minútu a ukázal sa celkom uspokojivý.

25. alebo 26. augusta 1895 začala elektráreň č. 1 vyrábať energiu, ale Tesla sa jej otvorenia nezúčastnila. V tom čase existovali iba tri generátory s výkonom 5 000 koní (3 700 kW) a 25 Hz, dvojfázové, štvorvodičové generátory, ktoré produkovali 2 200 voltov. Projekt Niagarských vodopádov ohlásil druhú fázu priemyselnej revolúcie a formoval a určoval spôsob, akým sa bude od tej doby vyrábať a dodávať energia.

Power House #1 bol dokončený v roku 1896, ale v budovách Adams Power sa bude počas nasledujúcich 7 rokov nepretržite rozširovať a rozširovať vybavenie.

Kniha napísaná Westinghouse Company opísala prístroj použitý v projekte Niagara Falls takto:

Power House č. 1 teraz obsahuje desať generátorov vonkajšieho točivého poľa, typu vertikálnej šachty. Týchto desať generátorov je rozdelených do bánk po piatich a každá banka má samostatný rozvádzač. Prúd sa generuje pri asi 2 200 voltoch a veľká časť služieb v Niagarských vodopádoch a ich okolí sa poskytuje priamo pri tomto napätí. fotografia elektrárne Manhattanskej železnice, New York Pre časť vzdialenejšej služby Niagara Falls sa napätie zvýšilo na 11 000 a pre službu Buffalo, Lockport a Tonawanda sa napätie zvýšilo na približne 22 000. Vývoj bol taký rýchly, že samotné nároky na diaľkovú dopravu teraz zaberajú asi dve tretiny výkonu vyvinutého týmito prvými desiatimi strojmi. Bolo preto potrebné, postaviť novú elektráreň na opačnom brehu kanála pre veľké množstvo miestnych služieb, ktoré je potrebné poskytnúť. (Diela Westinghouse Electric & Manufacturing Company, 1904)

Elektráreň Adams počas výstavby v roku 1895

Niagarská elektráreň č. 1, ako sa vtedy volala, by nakoniec vyrobila 50 000 konských síl (37 MW) elektriny. Bolo tam 10 generátorov s výkonom 5 000 koní (3 700 kW) s vonkajším otočným poľom, typu s vertikálnym hriadeľom. Generátory boli rozdelené do dvoch blokov po piatich generátoroch, každý s nezávislými rozvádzačmi. Výstup bol 2 000 voltov na server v Niagarských vodopádoch a ich okolí. Boli tam transformátory na zvýšenie napätia na 10 000 voltov, aby slúžili na stredné vzdialenosti okolo oblastí Niagarských vodopádov. Napätie bolo tiež zvýšené na 20 000, aby slúžilo na dlhšiu vzdialenosť pre Buffalo, Lockport a Tonawandu. Stanica bola vzorom pre druhú podobnú stanicu postavenú v roku 1904. Celý závod bol oficiálne pomenovaný po Edwardovi Deanovi Adamsovi v roku 1927.

Spoločnosť Niagara Falls Power Company dodávala striedavý prúd pomocou desiatich generátorov striedavého prúdu Westinghouse s kapacitou 5 000 koní so 430 kubickými stopami vody, ktoré otáčali turbíny rýchlosťou 250 otáčok za minútu. To bola kapacita NFPC Power House č.1.

Interiér Power House č. 1. Elektráreň elektrárenskej spoločnosti Niagara Falls, zobrazujúca desať generátorov s výkonom 5 000 HP (americká strana)

Interiér elektrárne Edwarda Deana Adamsa v Niagare s desiatimi generátormi striedavého prúdu Tesla/Westinghouse s výkonom 5 000 koní.

http://www.3phasepower.org/2phasesystems.htm

Skúsenosti získané s použitím dvojfázového napájania na kolumbijskej výstave mohli mať určitý vplyv na rozhodnutie Westinghouse použiť návrh 2-fázového generátora pre prvú elektráreň so striedavým prúdom pri Niagarských vodopádoch, ktorá bola uvedená do prevádzky v roku 1895. Generátory používané na Niagarských vodopádoch boli konvenčnejšieho dizajnu, pričom išlo o samostatné stroje s dvomi prekladanými vinutiami namiesto dvoch odlišných strojov spojených dohromady. Tieto generátory pracovali s frekvenciou 25 cyklov (25 Hz), pretože sa očakávalo, že značná časť vyrobenej energie sa použije na prevádzku rotačných meničov, aby sa získal jednosmerný prúd (dc) na priemyselné využitie, ako je výroba hliníka. Tieto skoré rotačné meniče vyžadovali nízku frekvenciu pre uspokojivú prevádzku.

V celom elektroenergetike v tom čase očividne stále panovala nedôvera k praktickosti 3-fázového napájania. Napríklad podľa článku z roku 1896 s názvom „Súčasný stav prenosu a distribúcie elektrickej energie“ v AIEE Transactions:

Ak sa používa dvojfázový prenos so samostatnými obvodmi, potom ak sú samostatné obvody navinuté na rôznych kotvách, každý môže byť regulovaný tak, aby na prijímacom konci poskytoval konštantné napätie. Tak je to napríklad vo veľkých dynamách, ktoré vyrobila spoločnosť Westinghouse Company na použitie na Svetovej výstave v Chicagu. Obtiažnosť spôsobená nerovnomerným zaťažením obvodov je špeciálne označená v prípade trojfázového systému a je to jedna z hlavných námietok, ktoré boli vznesené proti použitiu tohto systému na účely distribúcie.

Už sa však zistilo, že 3-fázová konfigurácia je lepšia na prenos z hľadiska účinnosti. Charles F. Scott z Westinghouse teda navrhol špeciálne transformátory s prepínaním fázy, aby zvýšili 2-fázové napätie generované pri Niagarských vodopádoch na 11 000 V, trojfázové na prenos do Buffala, New York. Spoločnosť General Electric Company získala zákazku na výstavbu transformátorov s premenlivou fázou, a preto získala licenciu od spoločnosti Westinghouse na využitie spojenia vyvinutého spoločnosťou Scott na tento účel.

Charles F. Scott:

„Evolúcia elektrickej energie od objavu Faradaya po počiatočnú veľkú inštaláciu Teslovho polyfázového systému v roku 1896 je nepochybne najúžasnejšou udalosťou v celej histórii inžinierstva.

Scott-T transformátor (tiež nazývaný Scott pripojenie) je typ obvodu, ktorý sa používa na odvodenie dvojfázového elektrického výkonu (2-φ, 90-stupňová rotácia fázy) z trojfázovej (3-φ, 120-stupňová fáza rotácia) zdroj, alebo naopak. Zapojenie Scott rovnomerne rozdeľuje vyváženú záťaž medzi fázy zdroja. Trojfázový transformátor Scott bol vynájdený, aby obišiel drahší rotačný menič Thomasa Edisona a tým umožnil dvojfázovým generátorom poháňať trojfázové motory Nikoly Teslu.

V Buffale sa časť tohto 3-fázového výkonu použila pre rotačné meniče, ktoré dodávali jednosmerný prúd 110/220 V pre distribučný systém Edison v centre mesta. Časť prijatej energie sa však premenila späť na dvojfázovú energiu na účely všeobecného osvetlenia v odľahlých oblastiach. Na túto druhú konverziu boli použité súpravy motorgenerátorov, pretože sa zvýšila aj frekvencia striedavého prúdu, aby sa zabránilo nežiaducemu blikaniu žiaroviek. Použitá frekvencia bola v skutočnosti 62,5 cyklov namiesto 60 cyklov, aby sa zjednodušil návrh týchto frekvenčných meničov. Prevod späť na 2-fázový výkon bol motivovaný vtedajším presvedčením, že uspokojivá regulácia napätia sa dá ľahšie dosiahnuť v dvoch oddelených fázach dvojfázového systému ako v 3-fázovom systéme.

Táto viera v nadradenosť 2-fázových systémov s ohľadom na reguláciu napätia viedla k rozšírenému používaniu dvojfázovej distribúcie v mnohých lokalitách. Napríklad v Cohoes v štáte New York (severne od Albany) bola v roku 1915 navrhnutá vodná elektráreň na výrobu trojfázovej energie. Avšak časť tohto výkonu bola prevedená na 2-fázové pomocou transformátorov typu „Scott“, aby bolo možné napájať rozsiahlu sieť existujúcich dvojfázových napájačov pre osvetlenie, namiesto toho, aby sa tieto napájače menili na 3-fázovú prevádzku

Power house 1

Distribučný systém Niagara Falls Power Co. v roku 1897. Miestna záťaž Niagara Falls bola napájaná 2200 V dvojfázovým štvorvodičovým alebo jednofázovým dvojvodičom a pozostávala zo zmesi striedavých a jednosmerných aplikácií plus motorov a osvetlenia. Zaťaženie elektrického vozíka Buffalo bolo menej ako 2 000 koní.

Distribučný systém Niagara Falls Power Co. v roku 1897. Miestna záťaž Niagara Falls bola napájaná 2200 V dvojfázovým štvorvodičovým alebo jednofázovým dvojvodičom a pozostávala zo zmesi striedavých a jednosmerných aplikácií plus motorov a osvetlenia. Zaťaženie elektrického vozíka Buffalo bolo menej ako 2 000 koní.

Schéma všeobecnej schémy distribúcie energie.

Budovu transformátorového domu navrhla architektonická firma McKim, Mead a White. Pri jej výstavbe bol použitý miestne ťažený vápenec. Transformátorový dom bol “postavený na hornej rieke, nad hlbokými výkopmi, v ktorých sa nachádza 21 generačných jednotiek. Zadná voda z generátorov prechádzala do 7000-metrového odpadového tunela, ktorý odvádzal vodu popod mesto do dolnej rieky, v blízkosti súčasného- denné miesto Dúhového mosta. Stavba tunela s rozmermi 18 x 21 stôp si vyžiadala viac ako 3 roky a použilo sa pri ňom viac ako 16 miliónov tehál v štvorposchodovom obložení. Stálo to tiež životy 28 robotníkov.“

Posilnite závod na výrobu transformátorov Niagara Power Company Canada. 1908

11 000-voltové rozvádzače a tyče v “Step up” transformátoroch Niagara Power Company Canada. 1908

V roku 1896 vyvinul Thomas Evershed plán na využitie masívnych podzemných tunelov a elektrárne na zachytenie sily rieky Niagara pri vodopádoch. S financovaním od magnátov ako JP Morgan, John Jacob Astor IV a Vanderbiltovci vybudovali obrovské podzemné potrubia vedúce k turbínam s výkonom viac ako 100 000 konských síl (75 MW) a posielali energiu až do Buffala, 20 míľ (32 km). ) preč. Niektoré z pôvodných návrhov zariadení na prenos energie vytvorila švajčiarska firma Faesch & Piccard, ktorá skonštruovala aj pôvodné vodné kolesá s výkonom 5 000 koní (3 700 kW).

V roku 1896 Tesla stále neprišiel do Niagary posadnutý svojimi bezdrôtovými experimentmi, ale Westinhouse ho pozval a on prijal. 19. júla Nikola Tesla navštívil Power House spoločnosti Niagara Falls Power House s Georgeom Westinhouseom a ďalšími. Westinhouse poslal svoje auto Pullman, aby najprv priviezlo Teslu do závodu v Pittsburghu. Tesla bol uchvátený v Solitude Westinhouse a Marguerite, ktorí boli vždy blízko Teslu. Westinhouse bol schopný zachytiť bezdrôtové, röntgenové a rádiové experimenty. Strávili tiež jeden deň v East Pittsburgh Works a začali s niekoľkými starými priateľmi, ako sú Benjamin Lamme a Charles Scott (Scott bol Teslaovým asistentom v roku 1888 v Garrison Alley Plant).

Ďalší reportér Gazette, ktorý hovoril s pánom Teslom, opísal vynálezcu:

“Je ťažké urobiť rozhovor s Nikolom Teslom, ale sadnúť si a porozprávať sa s ním, človek s človekom, je privilégium, ktoré si treba vychutnať a zapamätať si ho. Málokedy človek stretne muža, ktorý by bol bez afektov a sebavedomia. rád hovorí o sebe a keď sa táto téma objaví, určite sa od nej čo najskôr vzdiali…“

Reportér pokračoval:

“Tesla je idealista a každý, kto si o ňom vytvoril ideál zo slávy, ktorú získal, nebude sklamaný, keď ho prvýkrát uvidí. Má celých šesť stôp, veľmi tmavú pleť, je nervózny a šlachovitý.” . Pôsobivé panny by sa do neho zaľúbili na prvý pohľad, ale on nemá čas myslieť na pôsobivé panny. V skutočnosti vyjadril svoj názor, že vynálezcovia by sa nikdy nemali ženiť. Vo dne v noci rieši niekoľko hlbokých problémov ktoré ho fascinujú a každý, kto sa s ním rozpráva len pár minút, nadobudne dojem, že veda je jeho jedinou milenkou a že mu na nej záleží viac ako na peniazoch a sláve.

Včera zažil jednu zo svojich vzácnych chvíľ, keď sa dal primäť hovoriť o vede, a keď sa ho spýtali na pokroky v probléme prenosu, s vážnou tvárou a očami dosť žiariacimi, povedal: „V ceste nestojí žiadna prekážka. o úspešnom prenose energie z veľkej elektrárne, ktorú tu máte. Problém bol vyriešený. Energiu je možné preniesť do Buffala hneď, ako je na to Power Company pripravená.“

Keď bol slávny elektrikár nadšený, gestikuloval rukami, ktoré sú zrejme dôveryhodnými indikátormi jeho nervového stavu. Trocha sa triasli, keď ich zdvíhal, a záver, ktorý sa z nich dal vyvodiť, bol, že ich majiteľ bol muž s obrovskou nervóznou energiou…

Povedal:

“Práve som z chorého lôžka a ešte nie som veľmi silný. Áno, toto je moja prvá návšteva Niagarských vodopádov a tunajšieho energetického domu. Och, je to úžasné na porovnanie; tie dynamá sú najväčšie na svete.” Vždy ma zasiahne, keď vidím takéto veci. Šok je na mňa hrozný…”

Stanica číslo 2 spoločnosti Niagara Falls Hydraulic Power and Manufacturing Company uvádza do prevádzky svoje prvé štyri generátory v novembri 1896.

Statické transformátory na konci linky Buffalo Transmissio v Niagare. 200 voltov 2 fázy až 11 000 voltov 3 fázy

16. novembra 1896 spoločnosť Niagara Falls Power Company prenáša striedavý prúd do Buffala a ďalších oblastí prostredníctvom liniek vlastnených spoločnosťou Cataract Power and Conduit Company a projekt sa stal svetoznámym. Odtiaľ bola elektrina distribuovaná spotrebiteľom, z ktorých najväčší boli International Railroad Company a Buffalo General Electric Company. Zvyšovacie transformátory umožňujúce prenos tejto energie a elektráreň posielali energiu až do vzdialenosti 22 míľ (32 km) a presne o polnoci bolo zapnutých 1 000 konských síl so signalizáciou udalosti mestu streľbou. kanónov, fúkania parných píšťal a zvonenia zvonov. Linka Niagara Falls dokáže dodať výstupný výkon až 750 kW pri napätí až 11 kV.

V Buffale sa v newyorskom Ellicott Clube 12. januára 1897 koná „Power Banquet“ a hosť Nikola Tesla predniesol prejav, ktorý bol predpoveďou veľkej budúcnosti pre hranicu Niagara.

O elektrine – Spomienka na zavedenie energie z Niagarských vodopádov v Buffale, New York, v Ellicott Club – Electrical Review – 27. januára 1897:

“Máme mnoho pamiatok minulých vekov; máme paláce a pyramídy, grécke chrámy a katedrály kresťanstva. V nich je znázornená sila ľudí, veľkosť národov, láska k umeniu a náboženská oddanosť.” Ale pamätník v Niagare má niečo svoje, viac v súlade s našimi súčasnými myšlienkami a tendenciami. Je to pamätník hodný nášho vedeckého veku, skutočný pamätník osvietenia a mieru. Znamená podriadenie prírodných síl službe. človeka, ukončenie barbarských metód, oslobodenie miliónov od núdze a utrpenia“

Dvojfázové transformátory.

Charles F. Scott:

„Evolúcia elektrickej energie od objavu Faradaya po počiatočnú veľkú inštaláciu Teslovho polyfázového systému v roku 1896 je nepochybne najúžasnejšou udalosťou v celej histórii inžinierstva.

“T” spojenie dvoch vysokonapäťových vinutí poskytuje tri fázy

V Niagare boli nainštalované dva jednofázové vzduchom chladené transformátory s výkonom 930 kW. Boli Scott zapojené z 2-fázového 4-vodičového 2200-V na 3-fázový 3-vodičový 11 000-V.

Tieto transformátory majú primárne menovité napätie 21 alebo 22 000 V, ale menovité napätie starej bleskojistky v rohu hlavnej elektrickej miestnosti naznačuje, že prichádzajúce vysokonapäťové striedavé vedenie pracovalo s napätím maximálne 11 000 V. Ak tieto transformátory boli pripojené k tomuto vedeniu v zapojení do hviezdy, ich sekundárne napätie by sa blížilo k 110 V potrebným na účely osvetlenia.

Osem z desiatich transformátorov s výkonom 1 875 kW v Adams Power Plant Transformer House, prvej veľkej elektrárni na výrobu striedavého prúdu na svete, postavenej v roku 1895

Transformátor kanadskej spoločnosti Niagara Power Company. 1908

Pozdĺžne a priečne pohľady na energetické domy, zobrazujúce kolesové jamy, generátory, hriadele, turbíny, privádzače a vypúšťacie tunely.

Priečny rez Power House č. 2. Niagara Falls Power Company Zdroj: The Niagara Falls Electrical Handbook: Byť sprievodcom pre návštevníkov zo zahraničia na Medzinárodnom elektrotechnickom kongrese, St. Louis, Mo., september 1904. Niagarské vodopády, NY: Pub. pod záštitou Amerického inštitútu elektrických inžinierov, 1904. s. 73.

V roku 1899 bola založená britská spoločnosť Westinghouse Electric and Manufacturing Company.

Cataract Construction Company vstupuje do likvidácie 1. januára 1900, keď 12. februára 1900 dokončila svoje stavebné zákazky pre Niagara Falls Power Company. Taktiež je prerušená pôda pre rozšírenie energetického tunela do novozačatej Niagara Falls Power Co. 's Power House č. 2

V roku 1901 Westinhouse kupuje Bryant Electric Company z Bridgeportu, Connecticut, ktorá pokračuje v prevádzke ako dcérska spoločnosť. V tom istom roku mesto Buffalo v New Yorku hostilo Panamerickú výstavu. Expo slúžilo vláde Spojených štátov amerických ako miesto na privítanie krajín Strednej Ameriky po nedávnej španielsko-americkej vojne a poskytlo mestu Buffalo a štátu New York platformu na propagáciu ich novej vedy a technológie pri výrobe hydroelektrickej energie. . Súčasťou úvodných festivalov bol prejav Theodora Roosevelta, ktorý bol v tom čase viceprezidentom Spojených štátov amerických.

V tom čase sa rozvoj elektrickej energie v Niagarských vodopádoch značne rozrástol a na túto tému vystúpil Philip Barton, zástupca spoločnosti Niagara Falls Power Company.

Celá Panamerická expozícia bola poháňaná elektrinou vyrobenou iba jedným z týchto desiatich generátorov z elektrárne č. Zatiaľ čo druhá elektráreň by nakoniec bola postavená cez kanál, bola to Power House č. 1, ktorá vyrábala väčšinu AC v regióne Západného New Yorku v čase výstavy.

V roku 1901 malo mesto elektrické pouličné osvetlenie, elektrický trolejový systém a osvetľovalo niekoľko veľkých verejných budov. Buffalo bolo rastúcim rozvojom miest s kľúčovými odvetviami obilnín a kvetov, výrobou ocele a mnohými formami výroby. V spojení so slávnym kanálom Erie Barge Canal a s veľkou železničnou stanicou sa stal hlavným prepravným centrom medzi Chicagom a veľkými mestami na stredozápadnom pšeničnom pásme a pobrežím Atlantiku, ako sú New York, Boston a Baltimore.

Bartonova prezentácia zahŕňala prepracovaný schematický nákres podrobne zobrazujúci všetky rôzne elektrické záťaže dodávané energiou generovanou pri Niagarských vodopádoch. Väčšina týchto záťaží využíva jednosmerný prúd napájaný rotačnými meničmi.

V tej dobe bolo bežnou praxou definovať kapacity elektrických strojov v konských silách (hp), a nie v kilowattoch (kW), pričom 1 hp je ekvivalentné 0,746 kW. Bartonova schéma naznačuje, že celkovo 5 000 hp (3 700 kW) v rotačných meničoch bolo inštalovaných v Pittsburgh Reduction Company v Niagara Falls na výrobu hliníka (táto spoločnosť sa neskôr stala Alcoa).

Expozícia sa niekedy nazývala „Dúhové mesto“ kvôli spôsobu, akým reťaze svetiel pokrývali mnohé budovy rôznych farieb. Stredobodom pozornosti bola masívna „Elektrická veža“, ktorú navrhol John Galen Howard. Táto veža merala 391 stôp a fungovala ako veľký svetelný maják. Fungovalo ako miesto, kde sa dalo vidieť nielen samotnú expozíciu, ale aj veľkú „rieku Niagara“ v diaľke.

Miestne v Niagarských vodopádoch tri chemické spoločnosti použili celkovo 3 000 hp v rotačných konvertoroch na dodávku jednosmerného prúdu pre procesy elektrolýzy, ktoré vyrábali chemikálie ako potaš (hydroxid draselný), sodík a lúh sodný (hydroxid sodný).

Spoločnosť Natural Food Company používala celkovo 2 500 koní v rotačných konvertoroch vo svojej továrni, ktorá vyrábala jej slávne strúhané pšeničné raňajkové cereálie. Možno boli potrebné jednosmerné motory s nastaviteľnou rýchlosťou pre mixéry alebo pre dopravníky cez pece s nepretržitým prívodom.

AC z generátorov Westinghouse pri Niagarských vodopádoch sa zvýšilo na 22 000 V a poslalo sa do mesta Buffalo, vzdialeného asi 40,2 km. Tam sa využívali rotačné meniče na napájanie jednosmerným prúdom pre prevádzku pouličných železníc. To isté platilo v neďalekých mestách Lockport a Tonawanda, ako aj na kanadskej strane rieky Niagara. Celkové zaťaženie električkou napájané rotačnými konvertormi na všetkých miestach bolo takmer 10 000 hp (asi 7,5 MW), čo zahŕňalo aj električkovú trať v samotnej rokline rieky Niagara.

Spoločnosť Lockport Gas and Electric Company navyše použila rotačný menič na napájanie Edisonovho jednosmerného rozvodu pre osvetlenie. V Buffale sa však na tento účel použila konvenčná súprava motor-generátor.

Nakoniec boli budiče s rotačným meničom v elektrárni Niagara Falls vybavené Lammeovým amortisérovým vinutím, a tak sa stali použiteľnými. V tejto elektrárni bol nainštalovaný aj rotačný menič s výkonom 500 k z výstavy v Chicagu z roku 1893, pravdepodobne na napájanie jednosmerným prúdom pre miestnu električkovú linku.

V rokoch 1904-05 Baldwin-Westinghouse (elektrické lokomotívy a elektrifikácia železníc na striedavý prúd) dodával lokomotívy nesúce štítok spoločného konštruktéra mnohým americkým železniciam, najmä pre trať New Haven (New York, New Haven a Hartford Railroad) z New Yorku. do New Haven a ďalších liniek New Haven.

Základné Tesla patenty udelené v máji 1888 vypršali 4. mája 1905 a stali sa verejným majetkom.

Energiu vodopádov začali využívať aj súkromné ​​spoločnosti na kanadskej strane. Vláda provincie Ontario v Kanade nakoniec v roku 1906 priviedla operácie prenosu energie pod verejnú kontrolu a distribuovala energiu Niagary do rôznych častí kanadskej provincie.

“Tesla patenty s delenou fázou” US511 559 - Elektrický prenos energie - 26. decembra 1893 & US511 560 - Systém prenosu elektrickej energie - 26. decembra 1893 (oba vydané 26. septembra 1893) vypršali 26. decembra 1910 .

Pozdĺž rieky Niagara sa stavali aj ďalšie vodné elektrárne. V roku 1956 však došlo ku katastrofe, keď bola najväčšia vodná elektráreň v regióne čiastočne zničená zosuvom pôdy. Zosuv pôdy drasticky znížil výrobu elektriny a v stávke boli desaťtisíce pracovných miest vo výrobe. V roku 1957 Kongres schválil zákon o prestavbe Niagary, ktorý udelil New York Power Authority právo plne rozvinúť podiel Spojených štátov na hydroelektrickom potenciáli rieky Niagara.

V roku 1961, keď sa prvýkrát spustil projekt vodnej elektrárne na Niagarských vodopádoch, išlo o najväčšie vodné elektrárne v západnom svete. Dnes je Niagara stále najväčším výrobcom elektriny v štáte New York s výrobnou kapacitou 2,4 gigawattov. Až 375 000 amerických galónov (1 420 m3) vody za sekundu sa odvádza z rieky Niagara cez potrubia pod mestom Niagara Falls do elektrární Lewiston a Robert Moses. V súčasnosti je 50 % až 75 % toku rieky Niagara odklonených cez štyri obrovské tunely, ktoré vychádzajú ďaleko proti prúdu od vodopádov. Voda potom prechádza hydroelektrickými turbínami, ktoré dodávajú energiu do blízkych oblastí Kanady a Spojených štátov, a potom sa vráti do rieky dobre za vodopádmi. Táto voda roztáča turbíny, ktoré poháňajú generátory, premenou mechanickej energie na elektrickú energiu. Keď je dopyt po elektrine nízky, jednotky Lewiston môžu fungovať ako čerpadlá na prepravu vody z dolného zálivu späť do nádrže elektrárne, čo umožňuje opätovné využitie tejto vody počas dňa, keď spotreba elektriny vrcholí. Počas špičkovej spotreby elektrickej energie sa tie isté Lewistonove čerpadlá obrátia a v skutočnosti sa stanú generátormi, podobnými tým v závode Moses.

Na kanadskej strane rieky Niagara sú tri veľké elektrárne, ktoré teraz generujú asi 160 000 konských síl, ale ktoré nakoniec vyvinú takmer 400 000 konských síl. Kanadské generátory majú oveľa väčšiu kapacitu ako tie na americkej strane a každý z nich má výkon od 10 000 do 12 500 konských síl. Dve z týchto elektrární sú postavené nad kolesami, ako sú tie, ktoré sú opísané na americkej strane, a jedna zo spoločností, aby vypúšťala vodu používanú vo svojich turbínach, vybudovala pod riekou Niagara tunel na chvostové preteky, ktorého portál ústi priamo popod koňa. Shoe Falls.

Montáž prierezu budovy generátora s výkonom 10 000 HP, 10 000 V pre Canadian Niagara Falls Power Co.

Fotografia pôvodných generátorov Westinghouse v elektrárni pri Niagarských vodopádoch z roku 1953. Z dokumentov Kennetha Swezeyho v Archívnom centre Amerického historického múzea.

Pamätník Nikolu Teslu inštalovaný na Goat Island, Niagara Falls, dar pre Spojené štáty americké pri príležitosti ich dvojstého výročia a Teslovho 120. výročia, 23. júla 1976. Pomník je druhým odliatom sochy od Frana Krsinica.

Zdroj: https://teslaresearch.jimdofree.com/niagara-falls-power-project-1888/

Zdroje:

• http://www.teslaniagara.org/resources/tesla-at-niagara/
• http://library.buffalo.edu/pan-am/exposition/electricity/development/#ref3
• http://www.pbs.org/tesla/ll/ll_niagara.html
• http://www.teslasociety.com/columbia_expo.htm
• http://www.teslasociety.com/exhibition.htm
• http://minystories.wordpress.com/2013/04/29/niagara-falls/
• http://www.niagarafrontier.com/tunnelpix/DanielDumychWaterPower.pdf
• http://en.wikisource.org/wiki/Popular_Science_Monthly/Volume_73/October_1908/The_Industries_of_Niagara_Falls
• http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Archives:Transformers_at_Pittsfield,_part_1
• http://vintagemachinery.org/mfgindex/detail.aspx?id=3213
• http://www.3phasepower.org/2phasesystems.htm
• http://todayinsci.com/W/Westinghouse_George/WestinghouseGeorge-GreatBarrington.htm
• http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Early_Electrification_of_Buffalo:_Niagara_to_Buffalo_Transmission_Lines
• http://library.buffalo.edu/libraries/projects/cases/niagara.htm
• http://www1.umn.edu/ships/modules/phys/currents/pages/overview.htm
• http://tenwatts.blogspot.com.es/2011/11/transformer-part-3.html
• http://en.wikisource.org/wiki/Popular_Science_Monthly/Volume_43/October_1893/Electricity_at_the_World%27s_Fair_I
• http://en.wikisource.org/wiki/Popular_Science_Monthly/Volume_73/October_1908/The_Industries_of_Niagara_Falls
• http://science.howstuffworks.com/nikola-tesla.htm
• http://www.schenectadyhistory.org/resources/seh/large.html
• http://www.mikalac.com/tech/pow/niagara5.html
• http://flyingmoose.org/truthfic/tesla.htm
• http://www.loc.gov/collections/films-of-westinghouse-works-1904/articles-and-essays/the-westinghouse-world/projects/
• http://www.electric-history.com/~zero/005-Electricity.htm
• https://historyrat.wordpress.com/2013/01/13/lighting-the-1893-worlds-fair-the-race-to-light-the-world/
• http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=5216780
• http://www.worldlibrary.org/articles/westinghouse_electric_%281886%29
• http://s458.photobucket.com/user/scenicdive/media/Wheel-Pit1C.jpg.html
• https://books.google.cat/books?id=w0o5Ld53wAEC&printsec=frontcover&hl=ca#v=onepage&q&f=false
• http://www.dcca.nl/art/tesla1-uk.htm
• http://books.google.cat/books?id=DzMR8x_rbPgC&pg=PA74&lpg=PA74&dq=Mikhail+Dolivo-Dobrowolsky&source=bl&ots=hC8uJvs1DI&sig=elQTCl1SB6Bp-ZyGvnmqVoj-VVE&hl=es&sa=X&ei=S-ZEVKyLHoiv7Abt7oGgBw&ved=0CEIQ6AEwBjgK#v=onepage&q= Michail%20Dolivo-Dobrowolsky&f=false
• https://books.google.cat/books?id=5I5c9j8BEn4C&pg=PA108&lpg=PA108&dq=westinhouse+ferraris&source=bl&ots=NQJ6XTqTfl&sig=6WmDCFwMj8exQAatYSJB-CaWZho&hl=ca&sa=X&ved=0ahUKEwiBq7Wv6orPAhUEXRoKHZrhCaQQ6AEISDAF#v=onepage&q=westinhouse%20ferraris&f=false