AC or DC: The War of Currents

AC or DC: The War of Currents

Electricity can be delivered in either alternating current (AC), or direct current (DC), and in the late 1880s in America, with electricity delivery in its infancy, it initially seemed clear which system was superior. Thomas Edison, a home-grown American inventor, heavily favoured DC from the start. Yet the limitations of his system would become increasingly obvious, as would the advantages of AC, and despite Edison’s best efforts, his crusade would ultimately be lost.

In 1879, Edison’s team at Menlo Park had improved the electric light bulb, but Edison needed an efficient electricity distribution system to capitalise on this. Thus, in 1880, he founded the Edison Illuminating Company and constructed a generating station providing 110 volts of direct current. Yet such a system has drawbacks. Due to the low voltage, there Hows correspondingly higher current, meaning that the electrical resistance of the transmission wires significantly reduces the voltage as it travels further afield. Whatever thickness of wire is used, there is a natural limitation in the distance over which the electricity can be economically transmitted.

There are, however, benefits to using DC. It can allow storage batteries to be directly connected to the electricity grid, giving extra power to meet sudden short-term peaks of demand, or backup during breakdown of supply. Furthermore, during Edison’s time, there were no practical AC motors, only DC ones. Also, most of the load consisted of incandescent light bulbs, which ran well on DC. Perhaps most importantly, Edison had the patents (legal rights) to many associated DC devices which he and his team had invented, such as meters, telegraphic devices, and household machinery. Thus, the widespread adoption of DC across America would see him gain considerably from patent royalties.

Still, all such inventions were somewhat useless when DC electricity could only be delivered to customers within a few kilometers of the generating source. To overcome this problem, the best answer is to transform, or step-up, the voltage to very high levels for transmission, and then transform it down to safe levels for customer use. This also allows thinner and less expensive wires, but there is no low-cost technology to transform voltage — unless one uses AC, and it was the brilliant physicist and prolific inventor, Nikola Tesla, who had extensively researched this system.

Tesla, a penniless immigrant from Serbia, worked for a year at Edison’s Menlo lab. He had actually proposed the AC system to Edison, but Edison, an empirical experimenter with little formal education, dismissed it as impractical. Tesla, with the mathematical training and formal theoretical knowledge, was able to understand AC’s potential, even inventing an AC polyphase electric induction motor. Tesla soon felt he was not being given due credit or enough financial compensation from Edison, and a direct confrontation led to him immediately resigning, after which he was reduced to working as a labourer for a few years to make ends meet.

But Tesla was not the first to advocate AC. The system was being atrialed in many European countries, with considerable success. One of the converts to the cause was a university-trained electrical engineer named George Westinghouse, and he was willing to invest in the idea. He formed a company and purchased the patents to AC-based transformer technology from its European inventors, as well those to Tesla’s AC polyphase electric motor, among others. This eventually led to him hiring Tesla himself to help commercialise AC, and promote it as a better system. A bitter feud, known as the ‘War of Currents’ was set to begin.

Edison first strike was to claim that high-voltage systems were too dangerous to use. Certainly they were dangerous, but Westinghouse countered that such risks could be minimised and were considerably outweighed by the benefits. Edison’s next strike was to use his influence on various

AC hoặc DC: Cuộc chiến của các dòng điện

Điện có thể được cung cấp dưới dạng dòng điện xoay chiều (AC) hoặc dòng điện một chiều (DC), và vào cuối những năm 1880 ở Mỹ, với điện được cung cấp trong giai đoạn sơ khai, ban đầu hệ thống nào ưu việt hơn có lẽ rất rõ ràng. Thomas Edison, một nhà phát minh tại gia người Mỹ, rất ủng hộ DC ngay từ đầu. Tuy nhiên, những hạn chế trong hệ thống của ông ngày càng trở nên rõ ràng, cũng như những lợi thế của AC, và bất chấp những nỗ lực hết mình của Edison, cuộc thập tự chinh của ông cuối cùng vẫn bị thất bại.

Năm 1879, nhóm của Edison tại Menlo Park đã cải tiến bóng đèn điện, nhưng Edison cần một hệ thống phân phối điện hiệu quả để tận dụng điều này. Vì vậy, vào năm 1880, ông thành lập Công ty Chiếu sáng Edison và xây dựng một trạm phát điện cung cấp dòng điện một chiều 110 vôn. Tuy nhiên, một hệ thống như vậy có nhiều nhược điểm. Do điện áp thấp, dòng điện tương ứng sẽ cao hơn, có nghĩa là điện trở của dây dẫn truyền tải làm giảm đáng kể điện áp khi nó đi xa hơn. Bất kể dây có độ dày thế nào, có một giới hạn tự nhiên về khoảng cách mà điện năng có thể được truyền tải một cách tiết kiệm.

Tuy nhiên, có những lợi ích khi sử dụng DC. Nó có thể cho phép pin lưu trữ được kết nối trực tiếp với lưới điện, cung cấp thêm năng lượng để đáp ứng nhu cầu cao điểm đột ngột trong thời gian ngắn hoặc dự phòng khi nguồn cung bị đứt. Hơn nữa, trong thời của Edison, không có động cơ AC thực tế, chỉ có động cơ DC. Ngoài ra, hầu hết tải điện bao gồm bóng đèn sợi đốt đều chạy tốt trên DC. Có lẽ quan trọng nhất, Edison có bằng sáng chế (quyền hợp pháp) đối với nhiều thiết bị DC liên quan mà ông và nhóm của mình đã phát minh ra, chẳng hạn như đồng hồ đo, thiết bị điện báo và máy móc gia dụng. Do đó, việc áp dụng rộng rãi DC trên khắp nước Mỹ sẽ giúp ông thu được lợi nhuận đáng kể từ tiền bản quyền bằng sáng chế.

Tuy nhiên, tất cả những phát minh như vậy đều vô dụng khi điện một chiều chỉ có thể được truyền cho người tiêu thụ trong phạm vi vài km tính từ nguồn phát. Để khắc phục vấn đề này, câu trả lời tốt nhất là biến đổi, hoặc nâng cấp điện áp lên mức rất cao để truyền tải, sau đó biến đổi nó xuống mức an toàn cho khách hàng sử dụng. Điều này cũng giúp sử dụng dây mỏng hơn và ít tốn kém hơn, nhưng không có công nghệ chi phí thấp để biến đổi điện áp – trừ khi người ta sử dụng AC, và chính nhà vật lý học xuất sắc và nhà phát minh tài năng Nikola Tesla đã nghiên cứu sâu rộng hệ thống này.

Tesla, một người nhập cư không xu dính túi đến từ Serbia đã làm việc một năm tại phòng thí nghiệm Edison’s Menlo. Thực tế ông đã đề xuất hệ thống AC cho Edison, nhưng Edison, một nhà thực nghiệm chủ yếu dựa vào kinh nghiệm với ít kiến thức giáo dục chính quy đã bác bỏ và xem nó là không thực tế. Tesla, vì được đào tạo toán học và kiến thức lý thuyết chính quy, đã có thể hiểu được tiềm năng của AC, thậm chí còn phát minh ra động cơ cảm ứng điện nhiều pha AC. Tesla nhanh chóng cảm thấy mình không được Edison công nhận hoặc đền bù tài chính hợp lý, và một cuộc đối đầu trực tiếp khiến ông phải từ chức ngay lập tức, sau đó ông phải đi làm thuê trong vài năm để kiếm sống.

Nhưng Tesla không phải là người đầu tiên ủng hộ AC. Hệ thống này đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước châu Âu, với thành công đáng kể. Một trong những người chuyển theo xu hướng này là một kỹ sư điện với trình độ đại học đại học tên là George Westinghouse, và ông sẵn sàng đầu tư vào ý tưởng này. Ông đã thành lập một công ty và mua các bằng sáng chế cho công nghệ máy biến áp dựa trên AC từ các nhà phát minh châu Âu, cũng như các bằng sáng chế cho động cơ điện nhiều pha AC của Tesla, trong số những người khác. Điều này cuối cùng dẫn đến việc ông thuê chính Tesla để giúp thương mại hóa AC và quảng bá nó thành một hệ thống tốt hơn. Một mối thù cay đắng, được gọi là “Chiến tranh giữa các dòng điện” đã bắt đầu.

Phát súng đầu tiên của Edison là cho rằng hệ thống điện áp cao quá nguy hiểm để sử dụng. Chắc chắn rằng chúng nguy hiểm, nhưng Westinghouse phản bác rằng những rủi ro