Наизменична струја

Наизменична струја - физичка појава при која текот на електричниот полнеж периодично ја менува насоката на течење. Англиските скратеници AC (Alternating Current) и DC (Direct Current) често се користат за означување на наизменична и еднонасочна струја и напон.^[1][2]

Наизменична струја (зелена крива). На хоризонталната оска е прикажано времето, на вертикалната, струјата или напонот.

Електричната енергија им се испорачува на крајните потрошувачи (деловни и приватни) во облик на наизменична струја. Вообичаениот бранов облик на наизменичната електрична енергија е синусоиден бранов облик. Во одредени примени, се користат и други облици како триаголниот и квадратниот бранов облик.

Често аудио и радиосигнали се пренесуваат преку електрични водови и тие се пример на наизменична струја. Во овие примени, целта е да се добие назад информацијата кодирана (или модулирана) во наизменичниот сигнал.

Пренос и дистрибуција на електрична енергија

Главна статија: Пренос на електрична енергија

Причината заради која електричната енергија се дистрибуира како наизменична струја е таа што наизменичниот напон може да се зголемува и намалува со трансформатори. Користењето на повисоки напони води до значително поефикасен пренос на енергијата. Енергетските загуби (${\displaystyle P_{\rm {L}}}$) во спроводник се производ од квадратот на струјата (I) и отпорноста на спроводникот (R), опишани со формулата:

${\displaystyle P_{\rm {L}}=I^{2}R\,}$

Ова значи дека при пренесување на определена енергија преку дадена жица, ако струјата се удвои, енергетската загуба ќе биде четирикратно поголема.

Пренесената енергија е еднаква на производот од струјата и напонот (под претпоставка дека нема фазна разлика), што е,

${\displaystyle P_{\rm {T}}=IV\,}$

Значи истата количина на енергија може да се пренесе со помала струја со зголемување на напонот. Затоа е поволно преносот на големи количини енергија да се врши со високи напони (често стотици киловолти)

Далноводите користат висок напон за пренос на електричната енергија

Но, високиот напон има свои недостатоци, од кои главниот е потребната зголемена изолација, и општо тешкотиите за безбедно ракување. Во енергетските генераторски постројки, енергијата се генерира во напон согласно нивните конструктивни особини, а потоа истиот се трансформира во соодветен за пренос. Во близина на потрошувачите, напонот на пренос се намалува на ниво на напонот кој го користи опремата. Напоните на потрошувачите варираат во зависност од земјата и големината на оптоварувањето, но генерално моторите и осветлението се произведуваат за користење на меѓуфазен напон до неколку стотици волти.

Напонот кој се дистрибуира до крајните потрошувачи, како осветлување и мотори, е стандардизиран со дозволено отстапување во кое се очекува опремата да работи. Дистрибутивниот напон и толеранцијата варираат кај различни електродистрибутивни системи кои се користат низ светот.

Модерните системи за пренос на електрична енергија со еднонасочна струја со висок напон се пандан на повообичаените системи со наизменична струја како начин за ефикасен пренос на електрична енергија на големи растојанија. Системите на еднонасочна струја со висок напон, сепак се поскапи и помалку ефикасни на пократки растојанија од трансформаторите. Преносот со еднонасочна струја со висок напон не бил изводлив кога Едисон, Вестингхауз и Тесла ги дизајнирале нивните енергетски системи бидејќи во тоа време немало економски начин за претворање на наизменичната енергија во еднонасочна и обратно на неопходните напони.

Производството на трифазна електрична енергија е многу честа. Наједноставен случај е кога статорот на генераторот има три посебни намотки кои меѓусебно физички се поставени под агол од 120°. Се генерираат три струјни бранови кои се еднакви по големина и фазно поместени за 120°. Ако се додадат намотки спротивни на овие (поставени под агол од 60°), тие ги генерираат истите фази со обратен поларитет па можат едноставно заедно да се ожичат.

Во пракса вообичаено се користат повеќеполни машини. На пример, дванаесетполна машина би имала 36 намотки (поставени под агол од 10°). Нивна предност е што се применуваат пониски брзини. На пример, двополна машина која работи на 3.600 вртежи во минута и дванаесетполна машина која работи на 600 вртежи во минута произведуваат иста честота. Ова е многу практично за големи машини.

Доколку оптоварувањето на трифазниот систем е еднакво балансиран меѓу фазите, тогаш низ неутралната точка не тече струја. Дури и во најлошиот случај на небалансиран (линеарен) товар, струјата во неутралниот вод нема да ја надмине најголемата од фазните струи. Нелинеарните товари (на пр. сметачите) може да бараат поголем неутрален вод и неутрален спроводник до дистрибутивниот панел за да се справи со хармониците. Хармониците може да предизвикаат струјата во неутралниот спроводник да ја надмине струјата во еден или во сите фазни спроводници.

За користење на трифазни напони често се користи четирижичен систем. На напојната страна се користи трансформатор со делта примарна намотка (трожичен) и ѕвезда секундарна намотка (четирижичен), па нема потреба од неутрален вод.

За помали корисници (големината зависи од земјата и староста на инсталацијата) се обезбедуваат само една фаза и неутрален вод или две фази и неутрален вод. За поголеми инсталации, до главната разводна табла на корисникот се водат три фази и неутрален вод. Од трифазната главна разводна табла може да се водат еднофазни и трифазни приклучоци до потрошувачите.

Трета жица, наречена заземјување (или земја), често се поврзува меѓу металните делови кои не се наменети за водење струја и заземјувањето. Овој спроводник обезбедува заштита од електричен удар при случаен допир на електричните спроводници со метални апарати или алатки. Поврзувањето на сите метални делови, кои не се дел од електричната инсталација, во еден целосен систем осигурува секогаш да има пат со мала електрична импеданса до земјата, доволен да ја спроведе секоја струја на кратка врска толку долго колку што на системот му е потребно за да истата ја очисти. Оваа патека со мала импеданса треба да ја носи максималната струја на куса врска, предизвикувајќи колото за прекуструјна заштита (прекинувачи, осигурувачи) да испадне или изгори што е можно побрзо и да го доведе електричниот систем во безбедна состојба. Сите жици на заземјувањето од внатрешната инсталација се водат до собирница на главната разводна табла каде се преспојуваат на заземјувачот.

Честоти на напојувањето со наизменична струја

Честотата на електричниот систем варира од земја до земја. Најчесто електричната енергија се произведува со 50 или 60 херци. Некои земји имаат мешан систем со 50 и 60 Hz (Јапонија).

Ниските честоти го олеснуваат дизајнот на електричните мотори, особено за дигалки, дробилки и за тракциони мотори од комутаторски тип. Од друга страна, при ниски честоти забележливи се трепкањата на лачните светилки и жарулките. Користењето на пониски честоти исто така обезбедува предност од помали загуби на импедансата (пропорционални на честотата). Оригиналните генератори на Нијагарините Водопади биле со честота од 25 Hz, како компромис меѓу потребите за ниски загуби кај тешките индуктивни мотори и овозможување работа на жарулките (иако со забележливо трепкање). Системи со честота од 16,7 Hz сè уште се користат во железничките системи на некои земји како Австрија, Германија, Норвешка, Шведска и Швајцарија.

Војската, текстилната индустрија, поморството, воздухопловството и др. понекогаш користат 400 Hz заради намалената тежина на апаратите или поголемите брзини на моторите.

Често компјутерските централни (мејнфрејм) системи се напојуваат со 415 Hz користејќи кориснички мотор-генераторски уреди при што како влез се користи локалниот напон и честота.

Ефекти при високи честоти

Главна статија: Скин ефект

Еднонасочната струја тече еднообразно низ пресекот на еднообразна жица. Наизменичната струја на која било честота се „турка“ вон оската на жицата, кон нејзината надворешна површина. Ова е заради тоа што забрзувањето на електричен полнеж во наизменична струја предизвикува бранови од електромагнетно зрачење што го поништува патувањето на електрицитетот кон центарот на материјали со голема спроводливост. Оваа појава се нарекува површински ефект или скин-ефект.

На многу високи честоти струјата повеќе не тече „во“ жицата, туку делотворно тече „на“ површината на жицата, на длабина од неколку дебелини на кожата. Скин-длабина е длабината на која густината на струјата се намалува за 63%. Дури и на релативно ниски честоти што се користат за пренос на енергија (50-60 Hz), во доволно дебели спроводници постои нееднообразна распределба на струјата. На пример, скин-длабината на бакарен спроводник е отприлика 8,57 mm на 60 Hz, па спроводниците за големи струи вообичаено се шупливи за да се намали нивната маса и цена.

Бидејќи струјата тежи да тече на периферијата на спроводниците, делотворниот пресек на спроводникот е намален. Ова го зголемува делотворниот отпор за наизменични струи на спроводникот, со оглед дека отпорот е обратно пропорционален на површината на пресекот. Отпорот на наизменична струја често е многупати поголем од оној на еднонасочна струја, предизвикувајќи многу поголеми енергетски загуби заради топлотни загуби.

Техники за намалување на отпорноста на наизменична струја

За ниските до средните честоти, спроводниците може да се поделат на потенки жици, изолирани меѓу себе, и со релативни позиции на поединечните потенки жици специјално поставени во спроводниот сноп. Жицата конструирана со користење на оваа техника се нарекува лицнеста жица. Оваа мерка помага делумно да се ублажи површинскиот ефект со порамномерна распределба на струјата низ целиот пресек на поедините делови од снопот. Лицнеста жица се користи за изработка на индуктори со висок Q, намалување на загубите во флексибилните спроводници низ кои течат многу големи струи на пониски честоти, и во намотки на уреди низ кои тече струја со високи честоти (до стотици килохерци) како што е напојувањето со прекинувачки режим и радиофреквенциски трансформатори.

Техники за намалување на загубите на зрачење

Како што е претходно напишано, наизменичната струја се добива од електричен полнеж под периодично забрзување кое предизвикува зрачење на електромагнетни бранови. Енергијата која се зрачи е изгубена. Зависно од честотата, се користат различни техники за минимизирање на загубите од зрачење.

Усучени парици

За честоти до околу 1 GHz, париците се усучуваат во кабел и создаваат усучена парица. Со ова се намалуваат загубите од електромагнетното зрачење и заемната индукција. Усучената парица мора да се користи со балансиран сигнален систем, така што двете жици носат еднакви но спротивни струи. Секоја жица во усучената парица зрачи сигнал, но тој е делотворно се поништува со зрачењето од другата жица, што резултира со тоа скоро да нема загуби од зрачење.

Коаксијални кабли

Главна статија: Коаксијален кабел

Коаксијалните кабли се користат за пренос на сигнали на високи честоти. Коаксијалниот кабел има спроводна жица која е поставена во спроводна цевка од која е раздвоена со диелектричен слој. Струјата која тече во внатрешниот спроводник е еднаква и спротивна на струјата која тече на внатрешната површина од цевката. На тој начин електромагнетното поле е целосно содржано во цевката, и (идеално) нема енергетски загуби заради зрачење или заемно дејство вон цевката. Коаксијалните кабли имаат прифатливо мали загуби за честоти до околу 5 GHz. За микробранови честоти поголеми од 5 GHz, загубите (главно заради електричната отпорност на централниот спроводник) стануваат преголеми, така што брановодите стануваат поефективен медиум за пренос на енергијата. Се претпочитаат коаксијални кабли со воздушен отколку со тврд диелектрик бидејќи тие ја пренесуваат енергијата со помали загуби.

Брановоди

Главна статија: Брановод

Брановодите се слични со коаксијалните кабли, и двата имаат цевки, со тоа што брановодите немаат внатрешен спроводник. Брановодите можат да имаат каков бил пресек, но оние со правоаголен се најчести. Бидејќи брановите немаат внатрешен спроводник да ја носат повратната струја, тие не можат да испорачаат енергија преку електрична струја, туку преку водено електромагнетно поле. Иако површински струи течат на внатрешните ѕидови на брановодите, овие површински струи не носат енергија. Енергијата се носи преку водени електромагнетни полиња. Површинските струи се воспоставени од водените електромагнетни полиња и имаат ефект за зачувување на полињата во брановодот и спречување на нивно растурање вон него.

Брановодите имаат димензии од редот на брановата должина на наизменичната струја која се пренесува, па истите се остварливи само на микробранови честоти. Покрај димензиите на остварливоста влијае и електричната отпорност на брановодот. Електричната отпорност на неидеални метали од кои се направени ѕидовите на брановодот предизвикуваат дисипација на енергијата (површинските струи кои течат на спроводници со загуби растураат енергија. На повисоки честоти, енергетските загуби заради оваа дисипација стануваат неприфатливо големи.

Оптички кабли

Главна статија: Оптички кабел

На честоти повисоки од 200 GHz, димензиите на брановодот стануваат непрактично мали, а омските загуби на неговите ѕидови стануваат големи. Наместо нив се користат светловоди (оптички влакна). За нив не се користат концептите за напони и струи.

Математика на наизменичните напони

Еден циклус на синусен бран (360°). Испрекинатата линија ја претставува делотворната вредност од околу 0,707

Наизменичните струи се придружени (или предизвикани) од наизменичните напони. Наизменичен напон V математички може да се опише како функција од времето согласно равенката:

${\displaystyle v(t)=V_{\mathrm {peak} }\cdot \sin(\omega t)}$,

каде

• ${\displaystyle \displaystyle V_{\rm {peak}}}$ е вршниот напон во волти,
• ${\displaystyle \displaystyle \omega }$ е аголна честота во радијани во секунда,
  • Аголната честота е поврзана со физичката честота, ${\displaystyle \displaystyle f}$ во херци, која претставува број на циклуси во секунда, со равенката ${\displaystyle \displaystyle \omega =2\pi f}$.
• ${\displaystyle \displaystyle t}$ e време (во секунди).

Вредноста на наизменичниот напон од врв до врв е дефинирана со разликата меѓу позитивниот и негативниот врв. Со оглед дека максималната вредност на ${\displaystyle \sin(x)}$ е +1, а минималната -1, наизменичниот напон се менува меѓу ${\displaystyle +V_{\rm {peak}}}$ и ${\displaystyle -V_{\rm {peak}}}$. Напонот од врв до врв, вообичаено се бележи како ${\displaystyle V_{\rm {pp}}}$ or ${\displaystyle V_{\rm {P-P}}}$, и е: ${\displaystyle V_{\rm {peak}}-(-V_{\rm {peak}})=2V_{\rm {peak}}}$.

Моќност

Односот меѓу напонот и испорачаната снага е:

${\displaystyle p(t)={\frac {v^{2}(t)}{R}}}$ каде ${\displaystyle R}$ претставува отпорност на оптоварувањето.

Наместо да се користи моменталната моќност, ${\displaystyle p(t)}$, попрактично е да се користи средна моќност (каде усреднувањето се врши на целоброен број циклуси). Често наизменичниот напон се изразува како делотворна вредност, која се означува како ${\displaystyle V_{\rm {rms}}}$, бидејќи

${\displaystyle P_{\rm {time~averaged}}={\frac {{V^{2}}_{\rm {rms}}}{R}}}$

Осцилација на моќноста

${\displaystyle v(t)=V_{\mathrm {peak} }\sin(\omega t)}$

${\displaystyle i(t)={\frac {v(t)}{R}}={\frac {V_{\mathrm {peak} }}{R}}\sin(\omega t)}$

${\displaystyle P(t)=v(t)\ i(t)={\frac {(V_{\mathrm {peak} })^{2}}{R}}\sin ^{2}(\omega t)}$

Со следниов тригонометриски идентитет, се добива дека осцилациите на моќноста имаат двојно поголема честота од онаа на напонот.

${\displaystyle \sin ^{2}x={\frac {1-\cos 2x}{2}}}$

Средна квадратна вредност

• За синусен напон:

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {rms} }&={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}[{V_{pk}\sin(\omega t+\phi )]^{2}dt}}}\\&=V_{pk}{\sqrt {{\frac {1}{2T}}\int _{0}^{T}[{1-\cos(2\omega t+2\phi )]dt}}}\\&=V_{pk}{\sqrt {{\frac {1}{2T}}\int _{0}^{T}{dt}}}\\&={\frac {V_{pk}}{\sqrt {2}}}\end{aligned}}}$

Факторот ${\displaystyle {\sqrt {2}}}$ се нарекува вршен фактор, кој е различен за различни бранови облици.

• За триаголен бранов облик

${\displaystyle V_{\mathrm {rms} }={\frac {V_{\mathrm {peak} }}{\sqrt {3}}}}$

• За квадратна бранова форма

${\displaystyle \displaystyle V_{\mathrm {rms} }=V_{\mathrm {peak} }}$

• За која било периодичен бранов облик${\displaystyle v(t)}$ со период ${\displaystyle T}$:

${\displaystyle V_{\mathrm {rms} }={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}{[v(t)]^{2}dt}}}}$

Пример

За да се илустрираат овие концепти, се разгледува случај на мрежно напојување од 230 V, кое се користи во многу земји. Се нарекува така бидејќи нејзината средна квадратна вредност е 230 V. Ова значи дека испорачаната средна снага е еквивалентна на снагата испорачана од еднонасочен напон од 230 V. За да го определиме врвниот напон (амплитуда), може да ја преуредиме горната равенка во:

${\displaystyle V_{\mathrm {peak} }={\sqrt {2}}\ V_{\mathrm {rms} }}$

За наизменичен напон од 230 V, врвниот напон е ${\displaystyle \scriptstyle 230V\times {\sqrt {2}}}$, кое пресметано изнесува околу 325 V.

Историја

Првиот алтернатор за производство на наизменична струја бил електрично динамо засновано на принципите на Мајкл Фарадеј што го конструирал францускиот производител на инструменти Иполит Пиксии во 1832 година.^[3] Подоцна Пиксии додал комутатор на неговиот уред за произведува еднонасочна струја која во тоа време била почесто користена. Најстариот запис за практична употреба на наизменичната струја е од Гијом Дишен, пронаоѓач и развивач на електротерапијата. Во 1855 година, тој објавил дека наизменичната струја е надмоќна во однос на еднонасочната за електротерапевтска побуда на мускулните контракции.^[4]

Технологијата на наизменична струја прво се развила во Европа благодарение на работата на Гијом Дишен (1850-тите), Унгарецот Ганц Воркс (1870-тите), Себастијан Цијани де Феранти (1880-тите, Лисјен Голар и Галилео Ферарис.

Во 1876 година, рускиот инженер Павел Јаблочков го пронашол осветлувачкиот систем заснован на индуктивни калеми каде примарните намотки биле поврзани на извор на наизменична струја. Секундарните намотки можело да бидат поврзани на повеќе „електрични свеќи“ (лачни лампи) кои тој ги дизајнирал. Калемите кои ги употребил Јаблочков главно функционирале како трансформатори.^[5][5][6]

Во 1878 година, фабриката Ганц во Будимпешта, Унгарија, почнала со производство на опрема за електрично осветлување и до 1883 година инсталирале преку педесет системи во Австроунгарија. Нивните системи на наизменична струја користеле лачни ламби и жарулки, генератори и друга опрема.^[7]

Во 1881 година во Лондон бил прикажан енергетски трансформатор кој го развиле Лисјен Голар и Џон Диксон Гибс и го привлекол вниманието на Вестингхаус. Пронајдокот го прикажале и во Торино во 1884 година.

Еднонасочни дистрибутивни системи

Во првите години на дистрибуција на електричната енергија, Едисоновата еднонасочна струја била стандард во Соединетите Држави, и Едисон не сакал да ги изгуби правата на своите патенти.^[8] Истонасочната струја работела добро со жарулките, кои биле главното оптоварување, како и со моторите. Системите за еднонасочна струја можеле да бидат директно користени со батериите, обезбедувајќи вредно рамномерно оптоварување и резервно напојување за време на прекините на работата на генераторите. Еднонасочните генератори можеле лесно да бидат ставени во паралелна работа, овозможувајќи економична работа со користење на помали машини во периодот на мало оптоварување и зголемувајќи ја доверливоста. При воведувањето на Едисоновиот систем, немало мотори на наизменична струја. Едисон го пронашол електричното броило за да им овозможи на корисниците да им биде наплатувано во согласност со потрошеното, но ова броило работело само со еднонасочна струја.

Главниот недостаток на дистрибуцијата со еднонасочна струја било тоа што сите, корисничкото оптоварување, дистрибуцијата и производството, биле со ист напон. Било неекономично да се користи висок напон за пренос, а потоа истиот да се смали кај корисникот. Дури и со трожичниот Едисонов систем (приклучувајќи два 110-волтни кориснички потрошувачи во серија на 220-волтно напојување), високата цена на спроводниците изискувало производството да биде блиску до корисникот, во спротивно загубите го правеле системот неекономичен за користење.

Трансформатори

Системите на наизменична струја можат да користат трансформатори за да го променат напонот од низок во висок и обратно, овозможувајќи производство и потрошувачка на ниски напони, но пренос, на големи растојанија, со високи напони, со намалување на трошоците за спроводници и загубите на енергија.

Во 1881 година во Лондон бил прикажан биполарен енергетски трансформатор со отворено јадро кој го развиле Лисјен Голар и Џон Диксон Гибс и го привлекол вниманието на Вестингхаус. Пронајдокот го прикажале и во Торино во 1884 година. Овие рани индуктивни намотки со отворени магнетни кола се неефикасни при пренос на енергијата на потрошувачите. До 1880 година, парадигмата за пренос на енергија со наизменична струја со висок напон и низок напон на потрошувачите била со сериско врзување на колата. Трансформаторите со отворено јадро со однос близок до 1:1 биле поврзани со нивните примари во серија за да овозможат користење на висок преносен напон и низок напон на светилките. Својствен недостаток на овој метод е тоа што исклучување на една светилка (или друг електричен уред) влијае на напонот кој го користат сите други во истото коло. Биле развиени бројни дизајни на трансформатори со дотерување за да се внесе компензација за оваа проблематична одлика на сериското коло, вклучувајќи ги и тие со дотерување на јадрото или заобиколување на магнетниот флукс околу дел од намотката.^[9]

Системите со еднонасочна струја ги немале овие недостатоци, и со тоа имале значителни предности пред раните системи со наизменична струја.

Пионери

Прототип на трансформатор ЗБД е изложен на Спомен-изложбата на Иштван Сечени, во Наѓсенк, Унгарија.

Унгарскиот „ЗБД“ тим (Карољ Зиперновски, Ото Блати, Микса Дери). Тие се пронаоѓачите на првиот високоефикасен трансформатор со затворено јадро. Тројцата исто така го пронајдоа модерниот енергетски дистрибутивен систем: наместо претходната сериска врска, тие ги поврзале трансформаторите кои ги напојувале потрошувачите во паралела. Блати го пронашол ватметарот за наизменична струја, и тие го пронашле основниот генератор со постојан напон.

Есента 1884 година, Карољ Зиперновски, Ото Блати и Микса Дери (ЗБД), тројца инженери вработени во фабриката Ганц, утврдиле дека уредите со отворено јадро се непрактични затоа што не можеле доверливо да го регулираат напонот.^[10] Во нивниот заеднички патент за нов трансформатор од 1885 година (подоцна наречен ЗБД трансформатор), тие опишале два вида трансформатори со затворени магнетни кола каде бакарните намотки биле или а) намотани околу железно јадро, или б) опфатени во железно јадро.^[9] И во обата случаи, магнетниот флукс кој ги поврзува примарните и секундарните намотки скоро целосно е во рамките на железното јадро, без намерни воздушни патеки (види подолу тороидни јадра). Новите трансформатори биле 3,4 пати поефикасни од уредите со отворени јадра на Голар и Гибс.^[11]

Во 1884 година фабриката Ганц ги испорачала првите пет високоефикасни трансформатори за наизменична струја.^[12] Овие први единици биле изработени со следните спецификации: 1.400 W, 120:72 V, 11,6:19,4 A, однос 1,67:1, еднофазен, во облик на школка.^[12]

Патентите на ЗБД вклучуваат други две големи поврзани иновации: една која се однесува на паралелно поврзани наместо сериско поврзани корисни оптоварувања, другата се однесува на трансформатори со висок однос, такви да напојниот мрежен напон може да биде многу повисок (првично 1.400 до 2.000 V) од напонот на оптоварувањето (првично претпочитан напон од 100 V).^[13][14] Употребени во паралелна врска на електричните дистрибутивни системи, трансформаторите со затворено јадро конечно биле технички и економски исплатливи да обезбедуваат електрична енергија за осветлување на домовите, деловните и јавните простори.^[15][16]

Друг суштински чекор бил воведувањето на системите „напонски извор, напонски интензивен“ со пронаоѓањето на генераторите со константен напон во 1885 година.^[17] Ото Блати исто така го пронашол првото броило на електрична енергија за наизменична струја.^{[18][19][20][21]}

Енергетските системи на наизменична струја биле брзо развиени и прифатени после 1886 година заради нивната способност ефикасно да ја дистрибуираат електричната енергија на големи далечини, надминувајќи ги ограничувањата на системите со еднонасочна струја. Во 1886 година, ЗБД инженерите дизајнирале, а фабриката Ганц ја обезбедила електричната опрема за првата светска енергетска станица која користела генератори на наизменична струја за да ја напојува електричната мрежа, енергетската постројка на пареа Рим-Серки.^[22] Доверливоста на технологија за наизменична струја доби поттик откако Ганц ја електрифицирал големата европска метропола Рим во 1886 година.^[22]

Вестингхаусовиот ран систем на наизменична струја од 1887 година (УС патент 373035)
(US patent 373035 Архивирано на 25 март 2009 г.)

Во Обединетото Кралство, Себастијан де Феранти кој развивал генератори и трансформатори на наизменична струја во Лондон од 1882 година, го редизајнирал системот за наизменична струја во централата Гросвенор галери во 1886 година за корпорацијата Лондон електрик саплај, вклучувајќи алтернатори од сопствен дизајн и трансформаторски дизајн сличен на оној од Голар и Гибс.^[23] Во 1890 година тој ја дизајнирал нивната централа во Детфорд и ја променил централата во Гросвенор галери преку Темза во потцентрала^[24], покажувајќи начин за интеграција на постарите постројки во универзален енергетски систем на наизменична струја.^[25]

Во САД, Вилијам Стенли Јуниор дизајнирал еден од првите практични уреди за ефикасен пренос на наизменична енергија меѓу изолирани кола. Користејќи пар калеми намотани на заедничко железно јадро, неговиот дизајн, наречен индуктивен калем бил еден вид ран (1885) трансформатор. Стенли работел на инженерство и адаптација на европските дизајни, како трансформаторот на Голар и Гибс, за американскиот претприемач Џорџ Вестингхауз кој почнал да гради системи на наизменична струја во 1886 година. Ширењето на Вестингхаузовиот и другите системи на наизменична струја го поттикнал Томас Едисон (заговорник на еднонасочната струја) да отстапи во 1887 година. Претходно, во јавната кампања „Војна на струите“ тој се обидел да ја дискредитира наизменичната струја како преопасна.

Во 1888 година, системите на наизменична струја добиле дополнителна одржливост со воведувањето на функционален мотор на наизменична струја, нешто што им недостасувало дотогаш. Дизајнот, индуктивен мотор, бил независно откриен од Галилео Ферарис и Никола Тесла (Теслиниот дизајн бил лиценциран во САД од страна на Вестингхауз). Овој дизајн бил понатаму развиен во модерен практичен трифазен мотор од Михаил Доливо-Доброволски и Чарлс Јуџин Ланселот Браун.^[26]

Ејмс хидроелектрик плент (пролетта 1891 година) и Нијагара фолс Адамс пауер плент (25 август 1895 година) биле меѓу првите хидроелектрични централи на наизменична струја. Првата комерцијална електрана во САД која користела трифазна наизменична струја била хидроелектраната Мил крик бр. 1 хидроелектрик плент близу Редландс, Калифорнија, во 1893 година дизајнирана од Алмирјан Декер. Декеровиот дизајн имал 10.000 V трифазен пренос и воспоставил стандарди за целосен систем за генерирање, пренесување и мотори кои се користат денес.

Јаруга хидроелектрик пауер плент во Хрватска било пуштено во работа на 28 август 1895 година. Двата генератори (42 Hz, секој по 550 kW) и трансформаторите биле произведени и инсталирани од унгарската компанија Ганц. Преносната линија од електраната до градот Шибеник долга 11,5 км била водена на дрвени кули, а разводната мрежа 3.000 V/110 V вклучувала шест трансформаторски станици.

Теоријата на кола на наизменична струја се развила брзо на крајот на XIX и почетокот на XX век. Значаен придонес во теоретската база на пресметките на наизменична струја дале Чарлс Штајнмец, Оливер Хевисајд и многу други.^[27][28] Пресметките во небалансирани трифазни системи биле упростен со методите на симетрични компоненти дискутирани од Чарлс Фортескју во 1918 година.

Поврзано

• Наизменична моќност
• Еднонасочна струја
• Електрична струја
• Херц
• Волт
• Енергетски системи
• Војна на струите

Наводи

1. N. N. Bhargava and D. C. Kulshreshtha (1983). Basic Electronics & Linear Circuits. Tata McGraw-Hill Education. стр. 90. ISBN 978-0-07-451965-3.
2. National Electric Light Association (1915). Electrical meterman's handbook. Trow Press. стр. 81.
3. „Pixii Machine invented by Hippolyte Pixii, National High Magnetic Field Laboratory“. Архивирано од изворникот на 2008-09-07. Посетено на 2015-11-29.
4. Licht, Sidney Herman., "History of Electrotherapy", in Therapeutic Electricity and Ultraviolet Radiation, 2nd ed., ed. Sidney Licht, New Haven: E. Licht, 1967, Pp. 1-70.
5. „Stanley Transformer“. Los Alamos National Laboratory; University of Florida. Архивирано од изворникот на 2015-01-03. Посетено на Jan 9, 2009.
6. De Fonveille, W. (Jan 22, 1880). „Gas and Electricity in Paris“. Nature (journal). 21 (534): 283. Bibcode:1880Natur..21..282D. doi:10.1038/021282b0. Посетено на Jan 9, 2009.
7. Hughes, Thomas P. (1993). Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880-1930. Baltimore: The Johns Hopkins University Press. стр. 96. ISBN 0-8018-2873-2. Посетено на Sep 9, 2009.
8. McNichol, Tom (2006). AC/DC: the savage tale of the first standards war. John Wiley and Sons. стр. 80. ISBN 978-0-7879-8267-6.
9. Uppenborn, F. J. (1889). History of the Transformer. London: E. & F. N. Spon. стр. 35–41.
10. Hughes, p. 95
11. Jeszenszky, Sándor. „Electrostatics and Electrodynamics at Pest University in the Mid-19th Century“ (PDF). University of Pavia. Посетено на Mar 3, 2012.
12. Halacsy, A. A.; Von Fuchs, G. H. (April 1961). „Transformer Invented 75 Years Ago“. IEEE Transactions of the American Institute of Electrical Engineers. 80 (3): 121–125. doi:10.1109/AIEEPAS.1961.4500994. Посетено на Feb 29, 2012.
13. „Hungarian Inventors and Their Inventions“. Institute for Developing Alternative Energy in Latin America. Архивирано од изворникот на 2012-03-22. Посетено на Mar 3, 2012.
14. „Bláthy, Ottó Titusz“. Budapest University of Technology and Economics, National Technical Information Centre and Library. Посетено на Feb 29, 2012.
15. „Bláthy, Ottó Titusz (1860 - 1939)“. Hungarian Patent Office. Архивирано од изворникот на 2010-12-02. Посетено на Jan 29, 2004.
16. Zipernowsky, K.; Déri, M.; Bláthy, O.T. „Induction Coil“ (PDF). U.S. Patent 352 105, issued Nov. 2, 1886. Посетено на July 8, 2009.
17. Thomas Parke Hughes: Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880-1930 (PAGE: 96)
18. Eugenii Katz. „Blathy“. People.clarkson.edu. Архивирано од изворникот на June 25, 2008. Посетено на 2009-08-04.
19. Ricks, G.W.D. (March 1896). „Electricity Supply Meters“. Journal of the Institution of Electrical Engineers. 25 (120): 57–77. doi:10.1049/jiee-1.1896.0005. Student paper read on January 24, 1896 at the Students' Meeting.
20. The Electrician, Volume 50. 1923
21. Official gazette of the United States Patent Office: Volume 50. (1890)
22. „Ottó Bláthy, Miksa Déri, Károly Zipernowsky“. IEC Techline. Архивирано од изворникот на 2010-12-06. Посетено на Apr 16, 2010.
23. Hughes, Thomas P. (1993). Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880-1930. Baltimore: The Johns Hopkins University Press. p. 98. ISBN 0-8018-2873-2
24. Ferranti Timeline Архивирано на 3 октомври 2015 г. – Museum of Science and Industry
25. Hughes, Thomas P. (1993). Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880-1930. Baltimore: The Johns Hopkins University Press. p. 208. ISBN 0-8018-2873-2
26. Arnold Heertje, Mark Perlman Evolving Technology and Market Structure: Studies in Schumpeterian Economics, page 138
27. I. Grattan-Guinness, History and Philosophy of the Mathematical Sciences - 2003, Page 1229
28. Jeff Suzuki, Mathematics in Historical Context - 2009, page 329

Надворешни врски

„Наизменична струја“ на Ризницата ?

• "Alternating Current". Interactive Java tutorial explaining alternating current. (National High Magnetic Field Laboratory)
• "AC/DC: What's the Difference?". Edison's Miracle of Light, American Experience. (PBS)
• "AC/DC: Inside the AC Generator Архивирано на 16 јули 2008 г.". Edison's Miracle of Light, American Experience. (PBS)
• Kuphaldt, Tony R., "Lessons In Electric Circuits : Volume II - AC". March 8, 2003. (Design Science License)
• Nave, C. R., "Alternating Current Circuits Concepts". HyperPhysics.
• "Alternating Current (AC)". Magnetic Particle Inspection, Nondestructive Testing Encyclopedia.
• "Alternating current Архивирано на 28 октомври 2005 г.". Analog Process Control Services.
• Hiob, Eric, "An Application of Trigonometry and Vectors to Alternating Current". British Columbia Institute of Technology, 2004.
• "Introduction to alternating current and transformers". Integrated Publishing.
• Chan. Keelin, "Alternating current Tools Архивирано на 5 април 2004 г.". JC Physics, 2002.
• Williams, Trip "Kingpin", "Understanding Alternating Current, Some more power concepts".
• "Table of Voltage, Frequency, TV Broadcasting system, Radio Broadcasting, by Country".
• Professor Mark Csele's tour of the 25 Hz Rankine generating station
• 50/60 hertz information Архивирано на 8 септември 2008 г.
• AC circuits Animations and explanations of vector (phasor) representation of RLC circuits
• Blalock, Thomas J., "The Frequency Changer Era: Interconnecting Systems of Varying Cycles Архивирано на 7 јуни 2007 г.". The history of various frequencies and interconversion schemes in the US at the beginning of the 20th century
• (италијански) Generating an AC voltage. Interactive.