De keuze voor wisselstroom in plaats van gelijkstroom voor huishoudelijke elektriciteit is een alomvattend resultaat gebaseerd op de efficiëntie van de energieoverdracht, de compatibiliteit van apparatuur en de historische technologische ontwikkeling. De kerngedachte draait om "hoe elektriciteit tegen lage kosten en met weinig verlies van afgelegen elektriciteitscentrales naar duizenden huishoudens kan worden getransporteerd".

1. Het belangrijkste voordeel van wisselstroom is de efficiënte implementatie van langeafstandsenergieoverdracht.

Er is een natuurlijke geografische kloof tussen energieproductie en -verbruik – grote energiecentrales (zoals waterkrachtcentrales en thermische centrales) worden vaak gebouwd in gebieden met veel hulpbronnen of ver van stedelijke gebieden en moeten elektriciteit honderden of zelfs duizenden kilometers naar woonwijken transporteren. Tijdens dit proces, wanneer de stroom door de transmissielijn loopt, zullen er thermische verliezen optreden vanwege de weerstand van de draden (volgens de wet van Joule: verliezen zijn evenredig met het kwadraat van de stroom). Als verliezen niet worden beheerst, zal er tijdens de transmissie een grote hoeveelheid elektriciteit verloren gaan, wat leidt tot een stijging van de kosten voor de energievoorziening.

De belangrijkste waarde van wisselstroom ligt in het vermogen om eenvoudig ‘spanningsstijging en -daling’ te bewerkstelligen via transformatoren (apparaten met een eenvoudige structuur, lage kosten en geen bewegende onderdelen):

• Versterking van elektriciteitscentrales: De door de elektriciteitscentrale opgewekte wisselspanning bedraagt ​​ongeveer 12.000 V, die eerst via een versterkingstransformator wordt opgevoerd tot een hoogspanning van 115 kV, 230 kV of zelfs 765 kV. Volgens de vermogensformule zal een spanningsverhoging, bij een constant totaal vermogen, de stroomsterkte aanzienlijk verlagen, waardoor het warmteverlies van de transmissielijn afneemt (bijvoorbeeld: als de spanning 10 keer wordt verhoogd en de stroomsterkte wordt verlaagd tot 1/10, bedraagt ​​het verlies slechts 1/100 van het oorspronkelijke verlies). Het uiteindelijke transmissieverlies kan binnen 5% worden geregeld.

• Spanningsverlaging vóór het betreden van het huishouden: Zodra de elektriciteit in de stad aankomt, wordt deze eerst door de spanningsreductietransformator van het onderstation teruggebracht tot ongeveer 12 kV. Vervolgens wordt de spanning verlaagd tot veilige normen voor huishoudelijk gebruik (zoals 120 V in Noord-Amerika en 230 V in China/Europa). Dit gebeurt met behulp van kleine transformatoren in woonwijken of straten. Zo wordt het gevaar van hoogspanning voor de gezondheid van mens en huishoudelijke apparaten voorkomen.

AnderzijdsDC kan, vanwege de constante spanning en stroomrichting, geen veranderend magnetisch veld opwekken – en het werkingsprincipe van transformatoren is gebaseerd op "veranderende magnetische velden die spanning induceren". DC kan dus geen spanningsstijging en -daling veroorzaken via conventionele transformatoren. Als DC-transmissie geforceerd wordt gebruikt, kan deze alleen worden overgedragen met een lage spanning en hoge stroomsterkte, wat resulteert in extreem hoge lijnverliezen (het verlies van een DC-lijn van 100 kilometer kan bijvoorbeeld meer dan 50% bedragen). Hierdoor moeten elektriciteitscentrales dicht bij gebruikers worden gebouwd (meestal binnen een straal van 1,6 km), wat niet kan voldoen aan de grootschalige stroomvoorzieningsbehoeften van steden.

2. Natuurlijke compatibiliteit tussen AC en huishoudelijke apparaten.

In het dagelijks leven vertrouwen huishoudelijke apparaten (van grote tot kleine apparaten) grotendeels op AC-voeding of zijn ze beter geschikt voor AC-voeding. Deze compatibiliteit komt voort uit de kenmerken en productiekostenvoordelen van AC:

• Geschikt voor gangbare motortypen: Koelkasten, wasmachines, airconditioners, afzuigkappen en andere grote huishoudelijke apparaten, met AC-inductiemotoren als kerncomponent. Dit type motor heeft een eenvoudige structuur (zonder de noodzaak van kwetsbare componenten zoals commutatoren), een laag uitvalpercentage, beheersbare kosten en kan direct gebruikmaken van de wisselstroomkarakteristieken om zelfstart te realiseren zonder de noodzaak van extra elektronische regelcomponenten. DC-motoren (zoals de vroege borstelloze DC-motoren) vereisen mechanische commutatoren om de stroomrichting te veranderen, wat gevoelig is voor slijtage en een korte levensduur heeft; zelfs moderne borstelloze DC-motoren vereisen complexe regelaars om te functioneren en werden historisch gezien tegen veel hogere kosten geproduceerd dan AC-motoren.

• Compatibel met verwarmings- en verlichtingsapparatuur: Weerstandsverwarmingsapparatuur zoals elektrische ovens, boilers en elektrische verwarmingselementen is theoretisch weliswaar compatibel met wissel- en gelijkstroom (stroom die door weerstanden loopt genereert warmte), maar omdat wisselstroom een ​​uniforme standaard is voor het elektriciteitsnet, heeft de apparatuur geen extra "wisselstroom naar gelijkstroom"-omvormers nodig. Dit kan de productiekosten en uitvalpercentages aanzienlijk verlagen. Vroege gloeilampen en latere fluorescentielampen kunnen ook rechtstreeks op het wisselstroomnet worden aangesloten. Hoewel moderne ledlampen in wezen gelijkstroom gebruiken, hoeven ze slechts een kleine gelijkrichter (met extreem lage kosten) intern te integreren om zich aan te passen aan de wisselstroom in huis, zonder de architectuur van het elektriciteitsnet te veranderen.

3. De “Electric Current War” zorgde ervoor dat wisselstroom eind 19e eeuw een dominante positie kreeg en dat wisselstroom de wereldwijde standaard werd voor elektriciteit in huishoudens.

Erachter schuilde een praktische competitie tussen twee technologische routes:

• Beperkingen van de DC-oplossing van Edison: Uitvinder Edison promootte aanvankelijk gelijkstroomvoedingssystemen en bouwde de eerste gelijkstroomcentrales in New York. Zoals eerder vermeld, kan gelijkstroom echter niet over grote afstanden worden getransporteerd en is het bereik van de stroomvoorziening beperkt tot minder dan 1,6 km rond de centrale. Om verliezen te voorkomen, zijn dikke draden nodig (wat duur is) en deze kunnen niet voldoen aan de behoeften van stadsuitbreiding.

• Tesla's AC-oplossing doorbraak: Natuurkundige Tesla vond een meerfasenwisselstroomsysteem en een wisselstroominductiemotor uit, waarmee hij de kernproblemen van wisselstroomtransmissie en -toepassing oploste. Ondernemer Westinghouse Electric nam dit plan over en gebruikte wisselstroom met succes om de Wereldtentoonstelling van Chicago in 1893 van stroom te voorzien (waardoor tienduizenden lampen werden verlicht), gevolgd door de bouw van het wisselstroomtransmissiesysteem voor de Niagara-waterkrachtcentrale (die elektriciteit leverde aan Buffalo, 35 kilometer verderop). Deze voorbeelden tonen de schaalbaarheid van wisselstroom aan, waardoor de gelijkstroomoplossing volledig werd overtroffen en wisselstroom wereldwijd een belangrijke positie innam op het gebied van elektriciteit voor huishoudens.

4. De toepassingsgrens van moderne DC: nog steeds afhankelijk van AC-netspanning.

Tegenwoordig wordt gelijkstroom (DC) op grote schaal gebruikt voor het opwekken van zonne-energie, het opslaan van energie in batterijen en voor elektronische apparaten. Toch heeft het de kernpositie van wisselstroom in huishoudens niet overgenomen.

• Omzetting van duurzame energie van gelijkstroom naar wisselstroom: Zonnepanelen genereren direct gelijkstroom, en huishoudelijke energieopslagbatterijen slaan ook gelijkstroom op, maar deze elektriciteit moet via ‘omvormers’ worden omgezet in wisselstroom voordat ze kunnen worden aangesloten op het elektriciteitsnet van het huishouden om huishoudelijke apparaten van stroom te voorzien – in wezen nog steeds afhankelijk van de uniforme standaard voor wisselstroom

• Aanvulling op hoogspanningsgelijkstroom (HVDC): Moderne transmissie over zeer lange afstanden (bijvoorbeeld tussen grensoverschrijdende elektriciteitsnetten en windmolenparken op zee naar land) maakt gebruik van HVDC (met lagere verliezen dan wisselstroom). Nadat de elektriciteit het stedelijke distributienetwerk heeft bereikt, moet deze echter nog worden omgezet naar wisselstroom voordat deze in huishoudens kan worden gebruikt.

Kortom, de moderne toepassing van DC is een aanvulling op het AC-elektriciteitsnet en geen vervanging: AC dekt nog steeds perfect de basisbehoeften van huishoudelijke elektriciteit (lange afstanden, lage kosten, compatibel met meerdere apparaten).