Eine einfache Möglichkeit, den Unterschied zwischen AC- und DC-Strömen zu visualisieren, besteht darin, ihre Richtung über der Zeit aufzuzeichnen. Die erste sieht aus wie eine gerade Linie und die zweite wie eine Wellenlinie. Ein Zyklus dieser Kurve ist die grafische Grundlage dafür, wie Wechselstrom auf den Stromkreisen angezeigt wird und Piktogramme (~) und das Akronym AC (Alternating Current) hat sich zu einem etablierten Begriff in Texte.
Inhalt
- DC- und AC-Bezeichnungen
- Edisons Ideen
- Teslas Sieg
- Elektrischer Krieg der Renaissance
DC- und AC-Bezeichnungen
Alle Leiter haben freie Elektronen, die sich bei einer Potentialdifferenz bewegen können. Dieser Fluss geladener Teilchen in einer geschlossenen Schleife wird als elektrischer Strom bezeichnet. Wenn sich eine elektrische Ladung nur in eine Richtung bewegt, wird dieses Phänomen als konstanter elektrischer Strom bezeichnet, seine Bezeichnung "-» oder DC (Gleichstrom).
Die Definition von Wechselstrom lässt sich aus dem Gegenteil ableiten: Es handelt sich um die Bewegung von Ladungen, die ihre Richtung periodisch ändern.
Lautsprechervibrationen können verschiedenste Formen annehmen, zum Beispiel:- Sägezahn;
- Quadrat;
- dreieckig;
- sinusförmig.
Sinusförmiger Wechselstrom ist diese Art von Energie, das durch moderne Stromnetze transportiert wird. Sein großer Vorteil für Stromversorgungssysteme besteht darin, dass die übertragene Spannung über Transformatoren leicht geändert werden kann und diese Wellenform einfach zu erzeugen ist. Diese Eigenschaften ermöglichen es Ihnen, bei der Erzeugung und Übertragung von Strom über weite Entfernungen viel Geld und materielle Ressourcen einzusparen.
Das folgende Beispiel kann die Vorteile der Verwendung von Wechselstrom durch Energieversorgungsunternehmen veranschaulichen. Nehmen wir an, es gibt ein Kraftwerk als Erzeugungskapazität, das 1 Million Watt Energie produzieren kann.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es praktisch, zwei Transportmöglichkeiten in Betracht zu ziehen:
- Übertragen Sie 1 Million Ampere mit einer Spannung von 1 Volt über die Netze.
- Stromtransport mit einer Kraft von 1 Ampere und einer Spannung von 1 Million Volt.
Der Hauptunterschied ist folgender: Im zweiten Fall wird ein Leiter geringer Dicke zur Energieübertragung benötigt, während im ersten Fall auf ein Kabel mit großem Querschnitt nicht verzichtet werden kann. Daher wandeln Energieunternehmen die erzeugte Energie in sehr hohe Wechselspannung für den Transport um und steigen dann in unmittelbarer Nähe zu den Verbrauchern ab.
Ein weiterer Vorteil von Wechselstrom für Versorgungsunternehmen ist die überlegene Zuverlässigkeit und Einfachheit von Generatoren gegenüber Dynamos. Darüber hinaus bietet AC folgende Vorteile:
- ermöglicht den Betrieb von relativ effizienteren, einfacheren und zuverlässigeren elektrischen Maschinen;
- zerstört keine Schaltgeräte.
Die gesamte Elektronik und digitale Technologie verbraucht Gleichstrom. Gleichstrom wird in der Regel mit elektrochemischen und galvanischen Zellen erzeugt. Dies sind relativ teure Möglichkeiten, Strom zu erzeugen, daher gibt es viele Gerätedesigns, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, basierend auf der Verhinderung des Stromflusses in die entgegengesetzte Richtung und der Gleichrichtung der Sinuskurve mit Filtern.
In Kombination mit Transformatoren ermöglichen Gleichrichter, die erforderlichen Parameter und eine hohe Qualität aus dem Gleichstromnetz zu erhalten.
Edisons Ideen
Das moderne Leben ist ohne Elektrizität nicht vorstellbar. Damit es zivilen und industriellen Zwecken dienen kann, muss es nicht nur produziert, sondern auch an den Verbraucher geliefert werden. Die ersten, die beschlossen, Strom in großen Mengen zu produzieren und in Fabriken, Büros und Haushalte, war der amerikanische Unternehmer Thomas Edison - einer der einflussreichsten Erfinder die Welt.
Zur Umsetzung seiner Idee konstruierte und testete er Gleichstrom-Dampferzeuger, Stromzähler und Elemente von Verteilnetzen. Die erste Elektrifizierung der Beleuchtung war damals nicht einfach. Die Eigentümer von Gasunternehmen sahen Edison als gefährlichen Konkurrenten an, der ihre Geschäfte gefährden könnte. Aber nichts konnte den Erfinder aufhalten. Weder die kolossalen Kosten für das Verlegen von Kabeln in den Gehwegen noch Unfälle bei der Erprobung hinderten ihn im September 1882. Start des ersten Beleuchtungsnetzwerks von fünftausend Lampen.
In 5 Jahren waren mehr als 50 Edison-Kraftwerke in Betrieb. Trotz des großen Erfolgs gelang es dem Erfinder nicht, die Geographie seiner elektrischen Netze auf die ganze Welt auszudehnen. Anwohner der Gebiete, in denen sich die Kraftwerke befanden, klagten über Rauch und Ruß und erzwangen die Schließung von Edisons Anlagen. So stellte die erste Generation von Kohlekraftwerken schließlich den Betrieb ein und wich Tausenden von neuen, die Wechselstrom erzeugen.
Teslas Sieg
Der meiste Strom, der früher verteilt wurde, war Gleichstrom, und es gab keine Standards für die Verbraucher. Bogenlampen zum Beispiel benötigten mehrere tausend Volt und Edisons Glühlampen benötigten 110 Volt. Siemens-Straßenbahnen, die mit 500 V betrieben wurden, und Industriemotoren in Fabriken könnten sich um ein Vielfaches unterscheiden betonen.
Elektrizitätsunternehmen waren gezwungen, mehrere Erzeugungslinien gleichzeitig für verschiedene Lastklassen zu erstellen und zu unterhalten. Wir können sagen, dass es zwei Haupthindernisse für die breite Nutzung von DC-Netzen gab:
- Nähe von Generatoren zu Lasten;
- Schwierigkeiten bei der Bereitstellung einer Vielzahl von Spannungen.
Der kroatische Wissenschaftler Tesla, der mit Edison zusammenarbeitete, glaubte, dass die Verwendung von Wechselstrom in elektrischen Netzen diese Probleme lösen könnte. Ihre Meinungsverschiedenheiten über die Aussichten für Wechselspannung endeten damit, dass der Wechselspannungsforscher seine Arbeit mit Edisons Konkurrenten George Westinghouse fortsetzte. Tesla entdeckte den Wechselstrom nicht, war aber Erfinder des Synchrongenerators und Asynchronmotors sowie Autor von Patenten zum Betrieb von mehrphasigen Geräten.
Die Vorteile von Wechselstrom für die Erzeugung und den Transport waren offensichtlich, aber Edison blieb, anstatt es zuzugeben, bei der Förderung von Gleichstrom standhaft und versuchte, seine Konkurrenten zu diskreditieren. Er begann die Idee zu verbreiten, dass AC für Tiere und Menschen tödlich ist. Edison wurde zum Beispiel sogar zum Erfinder des AC-Elektrostuhls mit dem Ziel, für eine Propagandakampagne über die Gefahren von AC Fuß zu fassen.
Obwohl die Anti-Werbe-Kampagne erfolgreich war und greifbare Ergebnisse brachte, war die Siegesfreude für Edison nur von kurzer Dauer. Im Jahr 1892 der deutsche Physiker Pollack erfand einen mechanischen Gleichrichter, mit dem es möglich wurde, elektrische Batterien aufzuladen, und die Existenz des Gleichstromtransports verlor seine letzte Berechtigung. Bereits 1893 wurde die Chicagoer Weltausstellung vom Wechselstromnetz erleuchtet, was den Beginn des Siegeszugs des Wechselstroms im 20.
Elektrischer Krieg der Renaissance
Die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energiequellen im 21. Jahrhundert hat zur Entstehung kleiner dezentraler Stromnetze mit einem Stromverbrauch fast am Ort der Erzeugung geführt. Für solche Stromsysteme spielen die Vorteile von AC keine Rolle, daher ist die Verwendung von Gleichstrom in ihnen gerechtfertigt.
Moderne Hochleistungselektronik hat Fortschritte bei der Energiewandlung gemacht und kann Gleichstrom in Spannungsbereiche bis 800 kV umwandeln. Volt mit höherer Effizienz als Wechselstrom-Elektroautos. Diese Innovationen bildeten die Grundlage für den Bau von Hochspannungs-Gleichstrom-(HGÜ)-Leitungen, um überschüssige Sonnen- oder Windenergie von einer Region in eine andere zu übertragen. Der Bau von HGÜ kostet etwa doppelt so viel wie herkömmliche, aber aufgrund der geringen Verluste und der Umweltfreundlichkeit des Gesamtsystems ist eine solche Investition gerechtfertigt.
Immer mehr Elektrogeräte benötigen Gleichstrom. Computer, LED-Beleuchtung und andere elektronische Geräte müssen den Netzstrom umwandeln und gleichrichten. Die Zahl der Elektrofahrzeuge soll in den kommenden Jahren steigen. Moderne DC-Verteilungssysteme sind in der Lage, Wandler im Haushalt mit der Zeit zu eliminieren Spannung und es ist einfach, Photovoltaikzellen in Haushalts- und Industrienetze zu integrieren und Speicherbatterien.
Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung ist mittlerweile eine bewährte und bewährte Technologie in Ländern wie Deutschland und China. Für eine praktische, breite Umsetzung gibt es jedoch noch viele ungelöste Fragen. Wie werden beide Technologien nebeneinander existieren? Was sind wirksame Sicherheitsmaßnahmen? Welche technischen und rechtlichen Schritte sind für die Umstellung auf DC erforderlich? Der Nutzen und das Ausmaß solcher Veränderungen sind so bedeutend, dass wir anscheinend von einem Paradigmenwechsel sprechen.
