Wechselstrom ist eine von zwei Arten von elektrischem Strom, mit denen Strom übertragen werden kann.
Diese Stromart wird mittels eines Wechselstromgenerators gewonnen. Es ist ein Gerät, das mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Der einfachste Generator besteht aus einer rechteckigen Schleife, die sich in einem gleichmäßigen Magnetfeld dreht.
Die Stromerzeugung erfolgt, wenn sich die Schleife dreht. Der Fluss des Magnetfelds durch die Schleife ändert sich also mit der Zeit. Der Spin verursacht eine EMK und die Bewegung von Elektronen.
In den industriellen Ursprüngen der Verwendung von Elektrizität im neunzehnten Jahrhundert wurde Gleichstrom (oder Gleichstrom) verwendet. Mit dem Aufkommen des Wechselstroms durch den Wissenschaftler Nikola Tesla wurde die Welt jedoch erneut revolutioniert.
Wer hat die elektromotorische Kraft entdeckt?
Die elektromotorische Kraft wurde 1831 von dem Briten Michael Faraday entdeckt. Faraday entdeckte, dass ein in einem Magnetfeld parallel rotierender Leiter einen konstanten elektronischen Fluss erzeugt, mit dem mechanische Arbeit verrichtet werden kann.
Diese Entdeckung war elektromagnetische Induktion und es wurde gezeigt, dass elektrische Felder und magnetische Felder auf die gleiche Weise wirken (die elektromagnetische Kraft). Einige Jahrzehnte später drückte James Clerk Maxwell diese Entdeckung mit fundamentalen Gleichungen aus.
Die Entdeckung des Elektromotors
1860 baute der italienische Wissenschaftler Antonio Pacinotti den ersten funktionsfähigen Prototyp einer Maschine, die dank elektrischer Induktionsenergie mechanische Energie in einen stabilen Elektronenfluss umwandelte: den Dynamo.
Pacinotti erkannte, dass sein Dynamo reversibel war: Die Maschine lieferte Strom und drehte sich. Der erste Elektromotor der Geschichte war gebaut worden.
Wer hat das aktuelle Wechselstromverteilungssystem entwickelt?
Verantwortlich dafür, dass derzeit die Stromverteilung mit Wechselstrom erfolgt, ist Nikola Tesla.
Im Jahr 1887 gelang es Nikola Tesla, den ersten Prototyp eines Induktionsmotors zu bauen, der dank einer bestimmten Art von elektrischem Strom funktionierte, bei dem die Elektronen ihre Flussrichtung (Polarität) nach wiederkehrenden Wechseln ändern.
Tesla arbeitete für die Firma von Thomas Alva Edison, als er feststellte, dass elektrische Lichtmaschinen der damaligen Zeit einen elektrischen Fluss aussendeten, der über einen bestimmten Zeitraum die Polarität mehrmals wechselte.
Nachteile der Gleichstromübertragung (DC)
Das Hauptproblem zu der Zeit, als große Energieversorger hart daran arbeiteten, bestand darin, einen effizienten und kostengünstigen Weg zu finden, Strom von Kraftwerken zu Industrie und Haushalten zu transportieren.
Damals wurde elektrischer Strom so verteilt, wie er in Dynamos erzeugt wurde: Gleichstrom. Der Elektronenfluss änderte nie die Richtung und die positiven und negativen Pole blieben im Laufe der Zeit unverändert.
Bei der Gleichstromverteilung besteht das Problem, dass über weite Strecken das elektrische Kabel erwärmt wird und das Phänomen der Verlustleistung verursacht wird. Um dieses Problem zu kompensieren, ist es notwendig, die Intensität der derzeit steigenden Kosten und Energieverschwendung zu erhöhen.
Andererseits ermöglicht Wechselstrom das Anheben und Verteilen der Spannung über große Entfernungen ohne nennenswerte Energieverluste.
Verteilung durch Wechselstrom (AC)
Die Effizienz dieser neuen Stromart beruht darauf, dass sie durch die Erhöhung der elektrischen Spannung Energieverluste über weite Strecken drastisch reduzieren kann.
Die Spannungserhöhung ist für Lebewesen gefährlich. Daher ist es erforderlich, die Spannung vor der Verteilung in Häusern oder Fabriken mit einem Transformator zu reduzieren. Der erste Transformator hierfür wurde von Lucien Gaulard und John Dixon Gibbs entwickelt.
Der Transformator ermöglicht es, die Potentialdifferenz (Spannung) auf sehr hohe Werte (Hochspannung) und den Strom auf sehr niedrige Werte zu bringen.
Um das gleiche Problem zu lösen, verwendete der Physiker William Stanley 1885 das Prinzip der Induktion, um Wechselstrom zwischen zwei elektrisch isolierten Stromkreisen zu übertragen. Das heute verwendete System wurde jedoch von Nikola Tesla entwickelt
Warum erfolgt die elektrische Verteilung in Wechselstrom?
Die Hauptgründe sind:
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Geringere Energieverluste über lange Distanzen.
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Wechselstrommotoren sind zuverlässiger und effizienter.
Tesla schlug seinem Chef Edison, dem Gründer von General Electric, vor, ein solches Wechselstromverteilungssystem einzuführen, um das Problem der Fernübertragung zu lösen. Edison lehnte jedoch aus wirtschaftlichen Gründen ab: Das von ihm und seiner Firma erfundene Vertriebssystem war zu dieser Zeit das einzige, das für Fabriken verwendet wurde, und General Electric hatte ein kommerzielles Monopol.
Allerdings überwogen die Vorteile des Tesla-Systems gegenüber Thomas Edisons DC. Dieser Kampf im bekannten Krieg der Strömungen, in dem entschieden wurde, welches System von Strömungen besser zu implementieren war.
Wechselstromverteilung durch den Einsatz des Transformators. Auf diese Weise bleibt die Leistung bei der Übertragung über lange Distanzen unverändert.
Derzeit wird auf der Welt elektrische Wechselenergie in zwei Frequenzen, 50 Hz (Europa, Asien, Afrika) und 60 Hz (Amerika, Teil Japans) und unterschiedlichen Spannungen verteilt.
Was sind Mehrphasensysteme?
Ein mehrphasiges System ist ein System zur Erzeugung, Verteilung und zum Verbrauch von elektrischer Energie aus zwei oder mehr gleichen Spannungen mit konstanter Phasendifferenz, die die an den Leitungen angeschlossenen Verbraucher mit Energie versorgen.
Die dreiphasige Stromerzeugung ist die gebräuchlichste Form und diejenige, die die effizienteste Nutzung von Leitern bietet. Die Verwendung von Elektrizität im Drehstromsystem ist für den Einsatz in Industrien üblich, in denen viele der Maschinen von Motoren für diese Spannung angetrieben werden.
