Променливият ток, заедно с правия такъв, са двата вида електричество, които формират съвременната ни представа в тази област. Всеки намира различно приложение, като и двата типа безспорно са важни за правилното протичане на електрическите процеси такива, каквито ги познаваме днес в бита и индустрията. 

В исторически план обаче не винаги се е считало, че е така, напротив. Дебатът между привържениците на правия и променливия ток на моменти е бил ожесточен, дори абсурден, но годините и различните експерименти спомагат за утвърждаването и на двете понятия като еднакво значими.

За главен герой на днешното повествование ние от ELX.bg избрахме любимия на Никола Тесла променлив ток. Какво представлява AC, как бива открит, какво е историческото му развитие и какви приложения намира днес, може да прочетете в следващите редове.

Какво представлява променливият ток?

Променливият ток е електрически заряд, който периодично сменя посоката си в хода на времето. Това явление е предпоставка и за наличие на динамичен поляритет на напрежението, изразяващ се в непрестанно променяне на местата на положителния и отрицателния край на веригата. Променливият ток се обозначава с AC от английския термин “alternating current”.

Ако към променливотокова верига се свърже осцилоскоп и стойността на напрежението във времето се представи графично, могат да се наблюдават няколко различни форми на вълната като синус, квадрат и триъгълник. Сред тях най-често срещаната вариация е синусоидата. В случай че интервалите на трептене са равномерно разпределени, можем да говорим за честота, която в стандартния случай на AC е от порядъка на 50/60 Hz. 

Как се измерва променливият ток?

Измерването на големината му става с помощта на амперметър. За да се отчете AC, задължително трябва да се използва детекторно или индукционно устройство. Ако разчитаме на обикновен електромагнитен уред, то крайната стойност трябва да бъде “изправена” чрез специална корекционна скала. Величината на напрежението се дефинира чрез волтметър, а на съпротивлението - с омметър. Универсално устройство за отчитане на различните величини традиционно се отчита чрез мултиметър. 

Къде намира приложение променливият ток в съвременността?

Този вид електричество позволява изграждането на мощни генератори (наречени алтернатори), мотори, електроразпределителни станции и трансформатори. Всички тези конструкции са фундаментални и обуславят широкото приложение на AC в съвременния свят.

Генераторите на променлив заряд функционират на принципа на електромагнитната индукция. Моторите, задвижвани от AC, превръщат електрическата енергия в механична, който принцип е залегна в конструкцията на добре познати домакински уреди като миялна машина и хладилник например.

Трансформаторите допринасят за много по-ефективната дистрибуция на електричеството до крайния потребител, защото дават възможност за повишаване и намаляване на напрежението по веригата. Електропреносна система от AC тип оперира с по-ниски разходи и загуби на енергия, което е и основната причина тя да бъде предпочетена за тази цел. 

Кога и как възниква концепцията за променлив ток в исторически план?

Идеите за прав (обозначаван с DC от понятието “direct current”) и променлив ток се зараждат и развиват приблизително по едно и също време, като големият им пробив можем да причислим към края на XIX век. 

Първообразът на AC алтернатор бил проектиран около 1835 г. от Иполит Пикси: устройство, което представлявало магнит, задвижван от ръчно управляван лост, който произвеждал променлив заряд. Принос имат и разработките на Гийом Дюшен, Зеноб Грам, Ганц Уъркс. Въпреки широко възприетата по онова време представа за DC, чиято посока на заряда остава постоянна, хората бързо усетили предимствата на нововъведението и го припознали като стандарт за ток, поне докато DC не отвърнал на удара.

Повторният бум на DC се свързва с името на небезизвестния предприемач Томас Едисон. Влиятелната му компания и лабораториите, които принадлежали към нея, разработили няколко ключови патента, които върнали еднопосочното електричество отново на мода. Негов основен недостатък обаче все още продължавала да бъде неефективността при оперирането на високи стойности на напрежение и невъзможността за пренос на електричество на дълги разстояния. 

Именно това неудобство било преодоляно малко по-късно, когато съвременникът на Едисон и негов непримирим опонент - Никола Тесла - изработва първия мотор, задвижван от AC, и поставя основите на технологията за изграждане на генератори и пренос на електроенергия с помощта на променлив заряд. Заслугите за утвърждаването на AC обаче трябва да се припишат по-скоро на Джордж Уестингхаус, който наема Тесла и му предоставя лаборатория за експерименти - шанс, който брилянтният учен оползотворява успешно.

Сблъсъкът на титаните: прав срещу променлив ток. Кой надделява?

Именно Томас Едисон, Джордж Уестингхаус и Никола Тесла се превръщат в главни действащи лица в своеобразната идейна война, бореща се за надмощие на единия тип ток над другия. Събитието се заражда по повод кой от двата трябва да се използва за внедряване в уличното осветление и домовете, като придобива толкова широки мащаби, че се помни и до днес в научния свят.

В основата на конфликта, естествено, е съществувал и сериозен икономически мотив, който допълнително изостря тона на дискусията. Всеки е искал неговия “подопечен” вид електричество да бъде признат за стандарт за електрическите инсталации, което би донесло определени финансови облаги на съответната компания. 

Да не споменаваме, че преди да започне да работи за Уестингхаус, Тесла прекарва около година в научните екипи на Едисън, но двамата се разделят след кратко време и по начин, който съвсем не може да бъде определен като мирен. Това е факт, който определено прибавя и личен горчив привкус в целия казус. 

Разработките на Тесла и компания в областта на преноса на електроенергия предизвикват революция, като същевременно конкурират много от изобретенията, които Едисон вече е патентовал. Това мотивира предприемача да направи всичко възможно, за да дискредитира променливия ток, обявявайки го за опасен, а всички конструкции, базирани на него - за несъвършени. 

Едисон дори си намира съмишленик в лицето на друг страстен противник на “прекалено мощния и неконтролируем” ток, небезизвестния Харолд Браун, двамата стигайки до крайности в морално отношение като публични екзекуции на животни с AC електричество. Целта им е да докажат, че е твърде силен и последствията от него могат да бъдат фатални, като го определят за идеален претендент за въведените по това време електрически столове за екзекуция.

Въпреки грозните исторически епизоди, които на моменти нямат нищо общо с науката, а могат да бъдат класифицирани като чиста проба пропаганда, краят на “електрическата война” може да бъде определен като щастлив. 

Практическите предимства на променливия заряд били толкова неоспорими, че дори Едисон с цялото си влияние и усилия не успява да спре вълната на иновацията. Компанията на Уестингхаус печели два важни проекта за електрифициране в лицето на Световното изложение в Чикаго през 1893 г. и голяма поръчка за производството на AC генератори за водноелектрическа централа в Ниагара. Това утвърждава репутацията на променливия ток и обезсмисля всякакви последващи усилия срещу него.

Как е решен въпросът в съвременността? Как се извършва преходът от променлив към прав ток в бита?

Въпреки ожесточените исторически спорове, хората много бързо припознават предимствата и на двата типа ток, като всеки постепенно намира своето място и функция в зависимост от специфичните си характеристики.

В съвременните монофазни или трифазни системи електричеството достига до домовете ни в помощта на инсталации от AC тип, но част от уредите ни се захранват от DC. Токът в контактите е променлив, но телефоните и телевизорите ни например са проектирани да работят с прав. За да се извърши преходът безпроблемно, се използват устройства, наречени преобразуватели. Като такива могат да се класифицират комутаторите, токоизправителите, адаптерите.

За енергийните нужди на някои малки домашни уреди е съобразено, че въобще няма практически смисъл да се захранват чрез електричество от контакт, а просто изначално са проектирани да работят с класическия източник на DC - батериите. С други думи, за всеки си има място под слънцето, независимо от числената стойност на волтовете, които можеш да произведеш и транспортираш.

Казано накратко…

Променливият ток е извървял дълъг и съвсем нелек път, за да си извоюва почетното място, което заема днес. Предимствата му са безспорни в областта на преноса на мощна енергия на дълги разстояния, благодарение на по-ниските загуби и способността на този тип инсталации да превключват чрез трансформатор от по-ниско към по-високо напрежение и обратно. Освен това е и по-евтин вариант за изграждане на инсталации, който се поддържа относително лесно.

Някои от недостатъците му са свързани именно с високия волтаж, който поражда необходимостта от по-сериозна изолация на електропреносната мрежа. Част от опонентите му също все още считат, че подобни конструкции са по-опасни и склонни към пожар. Въпреки всичко към момента AC си остава единствената реална алтернатива за осигуряване на мощно захранване с електричество, към която светът се придържа и днес.