Змінний струм проти постійного
На перший погляд, питання дивне. Проте, як тільки ми почнемо впроваджувати електричні генератори, це питання спливе. І, як виявляється, однозначної відповіді на нього немає.
Тому давайте порівняємо плюси та мінуси, а почнемо з розгляду ситуації, яка відбувалася насправді — з міні-війни Едісона та Вестінгауза…
Все почалося з того, що в 1879 Едісон отримав патент на лампочку. Тобто на лампу розжарювання з вуглецевою ниткою. Це була не перша лампочка розжарювання, ідея висіла у повітрі. Але це була перша лампочка, яка придатна для масового виробництва — це був не макет, а готова до впровадження модель.
Весь сенс винаходу в тому, що до електролампочки електрика в побуті була не потрібна. Зараз у нас купа кухонних комбайнів, пральних машин та пилососів. Тоді з цими завданнями справлялася служниця (і щось мені підказує, що готувала вона краще за Moulinex`а в моїх руках). До холодильників та радіоприймачів справа ще не дійшла, а всі інші застосування були промисловими. Навіть побутовий електромеханічний вібратор був запатентований в 1880 (на наступний рік після винаходу лампочки, і є одним з перших побутових електричних приладів).
Проте трапилося непередбачене. Тесла придумав генератор змінного струму і за космічну суму в 1 млн доларів продав пакет із 40 винаходів з обладнання змінного струму в компанію Westinghouse Electric. Це сталося 1888 року, а з 1890 року компанія Едісона відчула жорстку конкуренцію.
Однак так сталося, що Едісон сам себе перехитрив. В той час засуджених до смерті злочинців стратили через повішення. Треба сказати, не найестетичніший вид страти, а тут епоха освіти, електричне освітлення, монгольф'єри літають, Жуль Верн книги пише — і страту через повішення. Якось не комільфо. Але чомусь, замість використання обкатаної технології гільйотини, спеціально створений комітет із оновлення методів страти звернувся до Едісона.
Едісон спочатку відмовився з ними співпрацювати – його наука таким не займається. Але потім йому прийшла «геніальна» ідея. Він порадив використати для страти змінний струм конкурента, щоб цього конкурента очорнити. Все-таки одна річ заспокоєний слон, а інша — страта злочинців.
Перший електричний стілець зробили 1890-го, але перша ж страта виявилася жахливою. Засуджений на смерть відмовлявся вмирати. Його загалом довбали струмом 9 хвилин і швидше засмажили електрикою, ніж убили. Загалом, страта вийшла моторошна, куди страшніше ніж йому просто відрубали б голову. Тобто начебто все сталося дуже вдало з погляду Едісона. Однак Едісон не розрахував громадську думку. Авторитет Едісона в галузі електрики на той час був незаперечним. І люди забули, що страту проводили методи конкурента Едісона, важливо було лише те, що порадив це Едісон. Тобто винуватцем такої страти виявилися зовсім не конкуренти, чий змінний струмвикористовувався. І люди відвернулися від Едісона, в пресі багато писали проти нього і в результаті — в електричній розетці ми зараз маємо змінний струм.
Однак, якщо взяти Нью-Йорк, який першим почав електрифікуватися постійним струмом, то ліфти, вентилятори та помпи, що працюють на постійному струмі, були відключені лише у 2007 році, а метро досі їздить на постійному струмі (і не тільки в Нью -Йорку). Перемога змінного струму ні в кого не викликає сумніву, але у 2005 році в Нью-Йорку було ще 1600 споживачів мережі постійного струму… Пацани не знали?
Давайте це з'ясуємо. Просто зведемо плюси постійного струму та змінного.
Отже,ПЛЮСИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ :
1. Деякі електричні прилади (наприклад, радіо або електролітична ванна) повинні живитись постійним струмом. І в початкових умовах будуть важливими саме пристрої з живленням від постійного струму - попаданню потрібна гальваніка. У разі постійної мережі ми його й так маємо, нам не потрібний випрямляч, який у давнину зробити або дуже складно, або взагалі не можна. Особливо весело з силовими випрямлячами, розрахованими великі струми-напруги. Взагалі механічні випрямлячі – це жерсть! Але й ртутні випрямлячі (ігнітрони) також не подарунок.
2. Акумулятор заряджається постійним струмом. Жодного геморою з випрямлячами.
3. Просте узгодження споживачів постійного струму. У змінному струмі є такий параметр, як "косинус фі" (power factor - PF). Він визначає узгодженість між активною та реактивною потужністю, тобто між фазами струму та напруги. Якщо у вас потужне навантаження в мережі змінного струму (наприклад, верстатний парк у цеху), то воно за певних умов може спричинити неузгодженість у фазах. А це веде до проблемна генераторах змінного струму, та й у нашій країні за таке неузгодження просто штрафують. У постійного струму таке може виникати хіба що при перехідних процесах і не береться до уваги.
4. Найпростіші вольтметри та амперметри — магнітоелектричні, але вони не в змозі виміряти параметри в мережах змінного струму. Тому доводиться використовувати інші схеми, часто не такі точні та надійні. Коли винайшли змінний струм, його вимір було великою проблемою. Швидше за все прилади для змінного струму та для попаданця виявляться головним болем. І не треба забувати, що головним приладом, запущеним у масове виробництво, буде не вольтметр (потреба в яких одиниці екземплярів), а електричний лічильник. Без лічильника жодного продажу електроенергії не буде.
5. Розрахунок електродвигуна постійного струму із щітками дуже простий. Швидкість обертання регулюється просто напругою без жодних проблем, головне, щоб у рознос не пішов.
6. Лінії електропередач на постійному струмі дуже перспективні, вони дозволяють передавати електроенергію на великі відстані з мінімальними втратами. Однак, тут є своя ложка дьогтю - напруги повинні бути дуже високими, користь буде від ЛЕП постійного струму напругою 500 кіловольт і вище. А так як і генератори і споживачі зараз всі використовують змінний струм, такі лінії виявляються завданням дуже складним. Як вам випрямляч на півмільйона вольт? А якщо він тиристорний, та на 800 кіловольт та на потужність 8 ГВт? Це просто епічний пристрій! Звісно, таких ліній на нашій планеті мало, можна перерахувати на пальцях. І хоча цією перевагою постійного струму влучник скористатися не зможе, це все одно перевага.
7. В деяких випадках -метро чи трамвай, можна обмежитися одним силовим дротом. Другим дротом є рейки, на яких немає напруги, це просто «земля», безпечна для користувача. У разі змінного струму такий фінт не проходить.
ПЛЮСИ ЗМІННОГО СТРУМУ
1. На короткі дистанції змінний струм передавати простіше. Багато простіше і з куди меншими втратами. Саме цим в основному, і визначається те, що користувачі пішли від постійного струму Едісона. Едісон роздавав 110В, але йому не виходило роздати далі, ніж 2.6 км від електростанції. Зі змінним струмом це вирішується просто - знижуючими підстанціями, але на постійний струм трансформатор не поставити, а вводити в квартиру вольт 600 може виявитися небезпечнішим за гільйотину на кухні.
2. Генератор змінного струму конструктивно простіший. Якщо правильно підійти, його нескладно зробити безколекторним та асинхронним із самозбудженням, коли не потрібні щітки та постійні магніти (а потужний магніт – хворе місце в давнину). Особливо добре виходять трифазні генератори. Власне, я навіть не знаю, чи існують зараз генератори зі щітками та постійними магнітами.
3. Відповідно і електродвигуни простіше. Класичний асинхронний електродвигун не має щіток та магнітів. Зараз ще багато електродвигунів з колекторами — але це тому, що щітки зараз зробити нескладно, для них застосовується спеціальний сплав з графітом. Я дуже сумніваюся, що це так само легко зробити в давнину. Зараз існують колекторні двигуни, які схемотехнічно перемикаються між постійним і змінним струмом, але я не знаю, який струм записати це в плюс.
4. Оберти електродвигунів змінного струму прив'язані до частоти. Зміною напруги можна змінювати оберти тільки умалопотужних двигунів, та й то у вузьких межах (за рахунок ковзання магнітного поля), але при цьому двигун починає грітися. Щоб змінити кількість обертів, потрібно змінювати частоту змінного струму. Через таку конструкцію розрахунок асинхронного двигуна — то ще розвага. Але для багатьох застосувань стабільність оборотів — це благо, це може виявитися ціннішим за решту властивостей.
5. Маючи змінний струм, дуже просто повчити з нього необхідну напругу як підвищену, так і знижену за допомогою найпростішого трансформатора. У мережах постійного струму зниження напруги пов'язані з втратами, а підвищення… гм, навіть знаю, як простими методами, придатними старовини, підвищити постійне напруга. Скажу більше — це просто катастрофічний недолік постійного струму. Саме це гальмувало розвиток мережі постійного струму більше, ніж будь-що (про підстанції я вже писав).
6. З точки зору користувача, змінний струм не має полярності. Звичайно, деяка різниця між проводами є, але не для користувача. Для нього підключення електроапаратури виглядає дуже простим. Та й для електрика також.
Отже. Який тут може бути висновок? ІМХО, якщо у попаданца основним завданням є гальваніка (а це цілком може статися) та електростанція поруч із виробничими приміщеннями, то його вибір — постійний струм. Лампам розжарювання однаково чим харчуватися, а якщо й знадобиться електродвигун — то малопотужний можна буде зробити для постійного струму.
Однак, якщо влучник вирішить запровадити штучне освітлення в місті, то це без варіантів змінний струм з усією інфраструктурою — знижуючими підстанціями, електричними лічильниками та іншим.