Cuộc chiến giữa hai hệ thống điện: Một chiều và Xoay chiều – Tạp chí tự động hóa ngày nay | Automation today
1. Cuộc chiến vĩ đại cuối thế kỷ 19:
Sự toàn thắng của điện xoay chiều
“ Cuộc chiến vĩ đại ” là từ mà Kassakian và tập sự trong cuốn giáo trình [ 1 ] nổi tiếng của mình đã dùng để gọi cuộc tranh đấu vào tiến trình 1885 – 1895 tại Hoa Kỳ giữa hai doanh nghiệp phân phối điện của Edison và Westinghouse. [ 1 ] Đây thực sự là một đại chiến ; nó có đủ cả những lời tuyên chiến, thử thách, những trận tranh đấu với đủ cả tiến công và phòng thủ, có cả “ viện binh hỗ trợ, ” và cả những yếu tố về “ thời cuộc ” .
1.1 Sự thống trị và độc đoán của Edison
Bạn đang đọc: Cuộc chiến giữa hai hệ thống điện: Một chiều và Xoay chiều – Tạp chí tự động hóa ngày nay | Automation today
Thomas Edison, với kỳ tài thiên phú trong cả vai trò nhà phát minh và thương nhân, đã trọn vẹn chi phối nghành kỹ thuật điện cho đến đầu những năm 1880. Hệ thống điện lúc bấy giờ được sử dụng cho hai việc chính là chiếu sáng và chạy động cơ điện. Bóng đèn dây tóc là loại sản phẩm do Edison hoàn thành xong, và nó thuận tiện thao tác với cả điện xoay chiều và một chiều. Động cơ điện, trái lại, chỉ có loại dùng điện một chiều vào thời gian đó. Một lợi thế tiêu biểu vượt trội của điện một chiều lúc đó là người ta hoàn toàn có thể đo được lượng tiêu thụ điện. Đồng hồ đo điện lúc đó, cũng do công ty của Edison sản xuất, là một thiết bị thao tác dựa trên nguyên tắc điện hóa, và do đó, nó chỉ thao tác với điện một chiều. Edison và công ty của ông lúc này thực sự ở một vị trí duy nhất .
Lịch sử còn ghi nhận ở thời hạn này một nhà phát minh thiên tài nữa là Nikola Tesla. Đối với nhiều người, Tesla thậm chí còn ở một tầm cao hơn hẳn Edison về năng lượng phát minh sáng tạo. Năm 1884, Tesla tới Thành Phố New York thao tác cho công ty của Edison, ông khởi đầu từ vị trí kỹ sư thường thì và rất nhanh gọn trở thành một người quan trọng chuyên xử lý những yếu tố khó khăn vất vả nhất về kỹ thuật cho công ty. Vào năm 1885, Tesla đã yêu cầu rằng ông hoàn toàn có thể nâng cấp cải tiến hiệu suất của mẫu sản phẩm máy phát điện một chiều, làm tăng cả chất lượng thao tác và tính kinh tế tài chính cho công ty. Edison đã nói “ Sẽ có 50 nghìn đô-la cho anh, nếu anh làm được điều đó. ” Ta nên biết rằng Edison là một người rất keo kiệt, và trong thực tiễn là lúc đó ông cũng không có bằng ấy tiền mặt trong tay. Vài tháng sau, Tesla hoàn thành xong việc làm, ông nhu yếu được số tiền đã hứa. Edison cho biết ông chỉ nói đùa : “ Tesla, anh không hiểu tính vui nhộn của người Mỹ chúng tôi ! ” Edison thưởng cho thành tích đó của Tesla bằng cách tăng lương của ông từ 10 lên 18 đô-la một tuần. Tesla lập tức bỏ việc .
Vị trí thống trị về mọi mặt của Edison và mạng lưới hệ thống điện một chiều của ông khởi đầu gặp thử thách khi Shallenberger, một kỹ sư trưởng của Công ty Westinghouse, vào đầu năm 1888 đã tìm ra một nguyên tắc để đo điện xoay chiều, chính là nền tảng cho công-tơ điện kiểu đĩa quay thông dụng thời nay .
 |
| Hình 1: Ảnh chụp một góc bằng sáng chế của Tesla vào năm 1888 về động cơ điện xoay chiều. Chú ý rằng vào thời điểm này đăng ký sáng chế này thì Tesla mới đưa ra nguyên lý chứ chưa có mô hình hoạt động trong thực tế (chữ “No Model”). |
1.2. Động cơ AC của Tesla và ngọn gió đảo chiều
Có thể nói rằng cùng với đồng hồ đeo tay đo điện AC, việc sáng tạo ra động cơ điện xoay chiều của Nikola Tesla năm 1888 ( [ 2 ] ) đã có công dụng với Công ty Westinghouse như ngọn gió Đông trên sông Xích Bích. Hình 1 chụp một góc văn bằng bản quyền trí tuệ của Tesla miêu tả nguyên tắc hoạt động giải trí của động cơ điện xoay chiều. Tại thời gian này, ông mới đưa ra nguyên tắc hoạt động giải trí chứ chưacó quy mô thực nghiệm của động cơ. Ở đây ta hoàn toàn có thể quan tâm một chút ít sự độc lạ giữa chiêu thức của Tesla và Edison. Edison phát minh dựa trên hàng chuỗi mày mò thử nghiệm ; trong khi đó Tesla kiến thiết xây dựng mọi mô hìnhvà nguyên tắc quản lý và vận hành trong đầu rồi mới tiến hành kiến thiết xây dựng thực nghiệm. Tuy rằng mới chỉ là nguyên tắc trên giấy, nhưng giới trình độ nhìn nhận rất cao sáng tạo này. Tài liệu [ 3 ] trích lời một kỹ sư : Việc tăng trưởng động cơ điện xoay chiều như diễn đạt của ngài Teslalà nỗ lực rất hiệu suất cao để nối tiếp chuỗi mắt xích đến nay vẫn còn thiếu trong ứng dụng của điện xoay chiều. Westinghouse ngay lập tức thực thi đàm phán để mua lại những bằng sang chế của Tesla. Chỉ đến tháng 7 năm 1888, ông đã không chỉ mua lại cácsáng chế mà còn bảo lãnh toàn bộ việc làm của Tesla. 4 năm sau, vào 3 năm 1892, Công ty Westinghouse đã thương mại thành công xuất sắc động cơ xoay chiều của Tesla .
1.3 Chiến dịch tấn công của phe DC vào vấn đề an toàn điện
Năm 1888 là một dấu mốc then chốt của “ đại chiến dòng điện ” ( currentwar ). Từ năm 1886 và 1887, khi công ty Westinghouse tiến hành thành công xuất sắc mạng lưới hệ thống phân phối điện AC, Edison đã có một loạt hành động công kích mạng lưới hệ thống này. Ban đầu, “ vị phù thủy của Menlo Park ” 1 tiến công trên tổng thể những phương diện gồm giá tiền và tính kinh tế tài chính, độ đáng tin cậy, tính bảo đảm an toàn, và hiệu suất. Tuy nhiên, những mũi tiến công vào những yếu tố kinh tế tài chính và kỹ thuật đềukhông thu được hiệu suất cao. Về kinh tế tài chính thì việc truyền điện AC yên cầu dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn hẳn truyền điện DC. Ở thời gian này, giá đồng đang rất cao và do vậy mạng lưới hệ thống truyền điện AC có giá tiền cạnh tranh đối đầu hơn sovới DC. Về phương diện kỹ thuật, điểm yếu kém lớn về sự thiếu vắng đồng hồ đeo tay đo điện AC đã được chính đội ngũ điều tra và nghiên cứu của Westinghouse xử lý. Vào năm 1888, khi Tesla sáng tạo ra động cơ xoay chiều, phe DC đứng trước một rủi ro tiềm ẩn lớn. Đúng vào năm này, một trợ thủ đắc lực của Edison xuấthiện ; đó là Harold P. Brown, một kỹ sư cũng tự học không qua giảng dạy chính quy giống như Edison .
Brown chỉ chuyên tâm điều tra và nghiên cứu một chủ đề chính là độ bảo đảm an toàn của những mạng lưới hệ thống điện so với hội đồng. Trong những công bố trên báo chí truyền thông của mình, Brown công bố rằng điện xoay chiều rất nguy hại, trong khi mạng lưới hệ thống của Edison “ bảo đảm an toàn một cách tuyệt đối. ” Từ 1888, phe DC tập trung chuyên sâu hàng loạt những mũi tiến công và yếu tố bảo đảm an toàn điện. Edison đã viết một bài báo trên tờ The New York Times ( số ra ngày 18/12/1888 ) ra lời thử thách Westinghouse đến gặp ông và cho điện AC chạy qua người, trong khi Edisonsẽ cho điện DC chạy qua người trước sự tận mắt chứng kiến của những chuyên viên. ( Rất may là ) Westinghouse đã phủ nhận lời thử thách này. Brown và những tập sự ở công ty Edison đã triển khai những thí nghiệm về tính năng của điện lên động vật hoang dã như chó, ngựa, và cả voi. Hình 2 chụp lại một cuộc thí nghiệm củanhóm Edison về tai hại của điện xoay chiều bằng cách giật chết một con ngựa. Thí nghiệm nổi tiếng nhất trong đại chiến này là Edison đã “ nướng chín ” một con voi 36 tuổi bằng điện 6600 VAC vào năm 1903. [ 2 ] Tuy nhiên, ở thời gian này thì gần như phe AC đã cơ bản dành thắng lợi .
 |
| Hình 2: Thí nghiệm của Edison về tác hại của điện xoay chiều lên động vật năm 1888. Trong thí nghiệm này, nhóm nghiên cứu đã giật chết một con ngựa bằng điện xoay chiều như của Westinghouse [3]. |
Thắng lợi được coi là rõ ràng nhất của nhóm DC trong cuộc tiến công trên trận địa bảo đảm an toàn điện này lại là một sự kiện mê hoặc. Edison đã thuyết phục được bang Thành Phố New York tử hình phạm nhân bằng ghế điện với dòng điện xoay chiều của Westinghouse với vụ tử hình tiên phong triển khai vào 06/08/1890. Ghế điện cũng chính là một phát minh của Edison hình thức tử hình này ở Hoa Kỳ sống sót đến năm 2012 .
1.4 Phe AC dành chiến thắng
Mặc dù thực hiện rất nhiều cuộc công kích “lý thú” kể trên, Edison cũng không thể kìm hãm bánh xe lịch sử. Thực tiễn kỹ thuật đã chứng minh những ưu điểm của hệ thống điện xoay chiều. Sự ra đời và hoàn thiện của đồng hồ đo và động cơ điện AC đã nền tảng kỹ thuật vững chắc cho điện xoay chiều trở thành hệ thống cung cấp điện tiêu chuẩn. Ở đây có lẽ cũng phải kể đến bản lĩnh của Westinghouse. Trước những sự khiêu khích của pheEdison, ông chỉ đơn giản là từ chối những lời tuyên chiến thách thức và hoàn thiện công nghệ của mình.
Thắng lợi quyết định của phe AC là ở Thác Niagara. Năm 1892, các kỹ sư thiết kế công trình thủy điện lớn nhất lúc đó ở Thác Niagara đã quyết địnhsử dụng hệ thống phát dẫn xoay chiều để truyền điện đến Buffalo cách đó20 dăm (32,2 km). Vào năm 1895 khi hệ thống này vận hành thành công thì cuộc chiến coi như đã ngã ngũ. Những công kích của phe DC sau đó khôngcòn khả năng xoay chuyển tình hình.
2. Thế kỷ 21: Điện một chiều trỗi dậy?
Từ thời gian “ đại chiến ” kết thúc đến giờ đây, điện xoay chiều vẫn là mạng lưới hệ thống truyền tải và sử dụng đa phần trên toàn quốc tế. Tuy vậy, những tăng trưởng can đảm và mạnh mẽ về khoa học và kỹ thuật thời nay, đặc biệt quan trọng là về điện tử, hiệu suất và những nghành tương quan, đang thôi thúc một cuộc xoay chuyển mới. Điện một chiều đang trỗi dậy và rất hoàn toàn có thể sẽ trở lại thành mạng lưới hệ thống truyền tải, phân phối, và sử dụng chủ chốt trong gia dụng và công nghiệp .
 |
| Hình 3: Hệ thống cáp điện một chiều cao áp (HVDC) đang được lắp đặt để nối liền Na Uy và Đan Mạch [4]. |
Trên phương diện truyền tải và phân phối điện, HVDC ( high-voltagedirect current ) đang ngày một vững mạnh, hứa hẹn là một phương pháp thay thế sửa chữa hiệu suất cao cho việc truyền tải bằng điện xoay chiều cao áp như lúc bấy giờ. Hình 3 là hình ảnh thiết kế lắp ráp mạng cáp điện một chiều cao áp HVDC xuyên biển nối tiếp Na Uy và Đan Mạch [ 4 ] .
Trong công nghiệp, động cơ là một đối tượng người dùng tiêu thụ điện hầu hết. Động cơ xoay chiều lúc bấy giờ có lợi thế tuyệt đối so với động cơ một chiều. Tuy vậy, khác với thế hệ trước, động cơ lúc bấy giờ phần đông được sử dụng với những bộ biến đổi điện tử hiệu suất, đơn cử là biến tần, mà chủ yếu đang là biến tần gián tiếp có khâu một chiều trung gian. Các bộ biến tần này chỉnh lưu điện lưới thành điện một chiều rồi nghịch lưu thành điện xoay chiều điều khiển và tinh chỉnh được để cấp cho động cơ. Với một xu thế đang tăng trưởng mạnh lúc bấy giờ là tích hợp biến tần vào động cơ để thành một hệ thống nhất, tương lai vềmột thế hệ đối tượng người tiêu dùng tích hợp động cơ – biến tần nối thẳng vào mạng lưới hệ thống điện một chiều là trọn vẹn khả thi .
Trong nghành nghề dịch vụ gia dụng, tổng thể những thiết bị điện tử thông dụng lúc bấy giờ, từ tivi đến máy tính, điện thoại thông minh, đều sử dụng điện một chiều. Việc liên kết những thiết bị này với mạng lưới hệ thống điện xoay chiều đều phải trải qua những bộ chỉnh lưu ( tích hợp trong thiết bị như so với tivi hay qua bộ sạc như với điện thoại thông minh ). Từ đó, ta thấy rằng việc sử dụng trực tiếp mạng điện một chiều được phân phối tới từng hộ gia dụng là điều trọn vẹn hài hòa và hợp lý. Một số nhà khoa học đã Dự kiến và đi theo xu thế này, đơn cử như một nhóm ở Nhật Bản chuyên điều tra và nghiên cứu sản xuất những thiết bị như công tắc nguồn, ổ cắm … dùng cho mạng điện một chiều [ 5 ] .
Những người chăm sóc đến mạng lưới hệ thống điện một chiều chắc như đinh sẽ thấy sự vững mạnh nhanh gọn của những nghành nghề dịch vụ nghiên cứu và điều tra tương quan đến nguồn điện và dự trữ nguồn năng lượng, với những chủ đề nóng như ắc quy, fuel cell, siêu tụ điện ( super – capacitor ), hay mạng lưới hệ thống nguồn phân tán ( distributed generation ) .
Tạm kết
Trên đây là lược khảo nhỏ về một chủ đề mê hoặc trong lịch sử dân tộc chuyên ngành. Các tác giả kỳ vọng bài viết hoàn toàn có thể đem lại một chút ít kiến thức và kỹ năng, và quan trọng hơn là niềm hứng khởi cho sinh viên để tự tìm hiểu và khám phá thêm nhữngchủ đề tựa như. Trong phần thứ hai về sự trỗi dậy của điện một chiều, chúng tôi cố ý chỉ nói rất vắn tắt, đa phần cung ứng những từ khóa và gợi ý xu thế để những bạn thương mến chuyên ngành tự mình mày mò. q
Tài liệu
[1] J. G. Kassakian, M. F. Schlecht, and G. Verghese, Principles of PowerElectronics. Addison-Wesley, 1991.
[2] N. Tesla, “A New System of Alternate Current Motors and Transformers,”AIEE Trans., vol. 5, pp. 308–327, 1888.
[3] T. S. Reynolds and T. Bernstein, “The Damnable Alternating Current,”Proceedings of the IEEE, vol. 64, no. 9, pp. 1339–1343, 1976.
[4] P. Fairley, “ Norway Wants to Be Europe’s Battery,” IEEE Spectrum,2014.
[5] H. Matsuo, S. Matsumoto, M. Suetomi, S. Fujino, K. Harada, W. Lin,and Y. Sui, “Novel DC switch and DC socket for high voltage DC powerfeeding systems,” in 2012 IEEE 34th International TelecommunicationsEnergy Conference (INTELEC), pp. 1–4, Sept. 2012.
Nguyễn Bảo Huy, Tạ Cao Minh
Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng và Sáng tạo Công nghệ (CTI) Đại học Bách khoa Hà Nội
Số 167+168 (1-2/2015)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay
Source: https://laodongdongnai.vn
Category: Phát Minh
