Centrale hydroélectrique d’Ames à courant alternatif
Ames, CO Dédié en juillet 1988 – Section IEEE Pikes Peak : « L’électricité produite ici au printemps 1891 a été transmise sur une distance de 2,6 miles sur un terrain accidenté et parfois inaccessible pour alimenter l’usine motorisée de la mine Gold King. Cette démonstration pionnière de la valeur pratique de la transmission de l’énergie électrique a été une étape importante précédente aux États-Unis pour des usines beaucoup plus grandes à Niagara Falls (en 1895) et ailleurs. L’électricité à Ames était générée à 3000 volts, 133 Hertz, courant alternatif monophasé, par un alternateur Westinghouse de 100 ch « . La plaque peut être vue à l’usine d’Ames, sur Ophir Rd., juste à l’extérieur du village d’Ophir, Colorado, USA
À l’été 1890, Westinghouse Electric a fourni le générateur et le moteur de la station. Ils ont été installés en hiver et, à partir du printemps 1891, ont fourni de l’électricité à courant alternatif qui a été transmise à 4,2 km (2,6 miles) à une usine de timbres à moteur à la mine Gold King. L’usine risquait à l’époque de s’arrêter en raison du manque de bois de chauffage pour son moulin à vapeur existant. L’effort de la centrale électrique à courant alternatif a été financé par LL Nunn.
Vue intérieure, centrale électrique Ames de 1895
Le générateur est entraîné par une roue Pelton de six pieds sous une tête de 320 pieds (98 m). Son générateur monophasé Westinghouse de 100 chevaux (75 kW) était le plus grand alors fabriqué, générant de l’électricité à 3000 volts, 133 Hertz, courant alternatif monophasé. Les voltmètres et les ampèremètres étaient à la fois du type à solénoïde et à balance gravitaire. La ligne de transmission a été construite à partir de traverses Western Union avec des isolateurs portant deux fils de cuivre nus. Le coût total du câblage était d’environ 700 $ US, soit environ 1 % du coût estimé d’une ligne à courant continu. L’ensemble de l’usine nécessitait 15 à 20 préposés pour son fonctionnement continu.
Le courant alternatif s’est avéré efficace car il a été transmis à deux miles (3 km) avec une perte de moins de 5%.
Vue extérieure, Ames Power Station, construite en 1905. Photo de 2010 par Ray Wood. La station a été construite pendant la « guerre des courants » entre Westinghouse et Thomas Edison quant à savoir si le courant alternatif ou le courant continu prévaudrait, et son succès a conduit à l’adoption du courant alternatif dans des centrales beaucoup plus grandes à Niagara Falls (Adams Power Plant in 1895) et sa domination éventuelle dans le monde entier. L’usine d’Ames est devenue une partie de la Nunn’s Telluride Power Company, qui deviendra plus tard une partie de la Western Colorado Power Company, formée en tant que filiale à 100% d’Utah Power and Light. Public Service Company a acquis l’usine avec d’autres propriétés du Colorado Ute en 1992. 
La centrale électrique de 1905 est toujours en service pour Public Service Company, une filiale de Xcel Energy., Avec deux roues Pelton alimentant un seul générateur General Electric de 1904, avec une sortie de 2 400 volts et 1 082 ampères à une vitesse de 225 tr/min. La centrale hydroélectrique d’Ames est la plus ancienne centrale hydroélectrique, qui produit et transmet du courant alternatif à des fins industrielles, des moyens pour faire fonctionner des machines.
Électrification précoce de Buffalo et début du service de la centrale électrique
La ville de Buffalo est située dans l’ouest de l’État de New York, à la jonction du lac Érié et de la rivière Niagara. Il est d’environ dix milles du nord au sud et de six milles d’est en ouest avec une superficie de 42 milles carrés. Les chutes du Niagara sont situées à 20 miles au nord de la ville. En 1900, Buffalo, avec une importante base commerciale et industrielle, était la huitième plus grande ville des États-Unis.
Buffalo, la ville reine des lacs, était une ville au goût du jour à la fin du 19e siècle et l’éclairage électrique était à l’avant-garde. « Je suis allé en ville pour voir les grands sites et là j’ai vu ce qu’ils appellent des « lumières électriques ». Maintenant, je pense que je sais de quoi je parle, car ils les mettent dans des bouteilles et vous ne pouvez pas les souffler.
Les premières lampes électriques étaient des lampes à arc. La décharge électrique entre deux électrodes de carbone ou d’un autre type a donné une lumière brillante adaptée à l’éclairage des rues, des grands magasins et des halls mais pas des maisons Les lampes à arc pour l’éclairage des rues étaient généralement sur des circuits en série à courant constant.
Charles Brush a été un pionnier dans le développement des lampes à arc. En juillet 1881, la Brush Electric Light Company de Buffalo installa la première centrale électrique à Buffalo sur la rue Ganson, le long du front de mer de la ville. Une machine à vapeur de 30 ch entraînant un générateur d’une capacité de quarante lampes à arc de 2 000 bougies alimentait douze lampes à arc au carbone s’étendant sur un mile le long de la rue. En août, une deuxième gare a été construite dans la rotonde de la rue Chicago du New York Central Railroad, fournissant treize feux à arc dans l’Exchange Street Depot. Une troisième station a été ajoutée en 1882 dans les rues Wilkeson et Mohawk près de l’actuel hôtel de ville pour étendre le service d’éclairage à arc à de nombreuses autres rues, églises, lieux de réunion publics, hôtels et autres lieux d’affaires. La Buffalo Electric Light and Power Company a également fait installer ses machines à la station Wilkeson Street de Brush. 
Cet emplacement a été utilisé comme poste de la compagnie d’électricité pendant 120 ans.En octobre 1881, l’United States Electric Lighting Company a organisé une exposition d’éclairage dans un bâtiment d’usine au 296 Washington Street et a installé dix lampes dans le magasin JN Adams en novembre. En 1883, cette société a placé deux machines à courant continu dans la station Wilkeson Street de Brush pour les premières lampes à incandescence installées à Buffalo. Edison avait développé la première lampe à incandescence électrique pratique quatre ans plus tôt.
D’autres entreprises ont rejoint la ruée vers l’éclairage. En 1885, l’United States Electric Light and Power Company de Buffalo avait une usine d’éclairage à arc dans la section Black Rock de la ville. En 1887, la Thomson-Houston Light and Power Company de Buffalo avait une usine d’éclairage à arc située sur Effner Street et a ensuite déménagé au centre-ville au 40 Court Street.
La Buffalo General Electric Company a été créée le 1er août 1892 en tant que consolidation de la Brush Electric Light Company de Buffalo et de la Thomson-Houston Electric Light and Power Company de Buffalo, qui s’étaient combinées avec deux des sociétés mentionnées précédemment.
Projet énergétique des chutes du Niagara (1888)
George Westinghouse et Nikola Tesla. Cherchant à faire de la transmission d’énergie électrique à longue distance une réalité, ils ont combiné leurs compétences, leur génie et leur croyance en une nouvelle technologie. le courant alternatif. Ensemble, ils ont commencé une révolution qui a électrifié le monde. Un partenariat parfait.
Les chutes du Niagara sont le résultat d’une myriade de tonnes d’eau, depuis des temps immémoriaux, s’écrasant sur la falaise de calcaire solide, avec une force qui réduit le calcaire en rochers, les rochers en gravats, les gravats en limon que le torrent ininterrompu saisit et emporte au large du canyon, il s’est formé et façonné à travers les éons de cette même manière violente et patiente. 
Le projet d’énergie de Niagara Falls est le résultat d’un pur optimisme technologique en 1895 après de nombreuses tentatives et efforts pour exploiter la puissance des chutes d’eau depuis que la première scierie pionnière y a été construite en 1725. Mais les projets d’extraction d’énergie n’avaient jamais été conçus de manière adéquate. Cinq ans avant le démarrage du premier projet d’électricité à grande échelle aux chutes, la méthode de production et de distribution de l’électricité était encore indécis. L’énorme projet devait inclure la transmission à Buffalo. L’électricité (une nouvelle technologie à l’époque) n’était qu’une suggestion. Les autres méthodes envisagées étaient pneumatiques, hydrauliques et mécaniques à l’ancienne. Alors qu’il était encore étudiant à l’école en 1875, à l’école polytechnique autrichienne de Graz, en Autriche, Nikola Tesla a commencé à réfléchir aux possibilités du courant alternatif.
En 1881, Tesla se rendit à Budapest, espérant travailler pour des amis de la famille, Tivadar et Ferenc Puskas. Promoteur ambitieux, Tivadar avait auparavant convaincu Thomas A. Edison de lui donner les droits commerciaux pour introduire les inventions développées par le Magicien de Menlo Park en Europe continentale. Les frères Puskas prévoyaient de construire un central téléphonique à Budapest en utilisant la conception téléphonique améliorée d’Edison. Malheureusement, ils n’ont pu embaucher personne immédiatement. En attendant, Tesla tomba gravement malade. Il n’a récupéré qu’avec l’aide d’un ami de collège, Anthony Szigeti, qui a encouragé le malade à marcher chaque soir pour l’aider à retrouver ses forces. 
En février 1882, lors d’une de ces balades avec Szigeti, Tesla eut une révélation sur les moteurs. Alors qu’ils admiraient le coucher du soleil, Tesla a soudainement envisagé d’utiliser un champ magnétique rotatif dans son moteur, un principe fondamental de la physique et la base de presque tous les appareils utilisant du courant alternatif. Tesla a lutté pendant les cinq années suivantes pour acquérir les connaissances pratiques dont il avait besoin pour réaliser son moteur.
Depuis son enfance, Tesla lui-même rêvait d’exploiter la puissance de la grande merveille naturelle. Dans son autobiographie « Mes inventions », il raconte : « Dans la salle de classe, il y avait quelques modèles mécaniques qui m’ont intéressé et ont attiré mon attention sur les turbines à eau ». Après avoir entendu une description des grandes chutes du Niagara : « J’ai imaginé dans mon imagination une grande roue dirigée par les chutes. » Il a proclamé à son oncle qu’un jour « il irait en Amérique et réaliserait ce projet ». Le principe de fonctionnement de son idée est un champ magnétique qui tourne en polarité à des vitesses non relativistes. C’est un principe clé du fonctionnement du moteur à courant alternatif. Un aimant permanent dans un tel champ tournera de manière à maintenir son alignement avec le champ extérieur. Cet effet est utilisé dans les moteurs électriques à courant alternatif. Les moteurs synchrones et les moteurs à induction utilisent les champs magnétiques rotatifs d’un stator pour faire tourner les rotors. 
Il a déjà pensé à un système de tension multi phase alors qu’il étudiait à Graz, en Autriche, en 1882. Lors d’une affectation à Strasbourg, en France (Alsace, alors une partie de l’Allemagne) en 1883, Tesla construit un moteur à induction à courant alternatif polyphasé sans balais pour offrir son invention à une société allemande. Il se manifeste devant l’ancien Maire de la commune et auprès de riches investisseurs potentiels. Malheureusement, Tesla n’est pas en mesure d’obtenir un financement.
«Le maire a réuni un certain nombre de riches strasbourgeois. Le nouveau moteur leur a été montré en fonctionnement, et le nouveau système et ses possibilités ont été décrits, à la fois par Tesla et le maire. La démonstration a été un succès du point de vue technique mais sinon une perte totale. Aucun membre du groupe n’a montré le moindre intérêt.
Après avoir aidé les frères Puskas à construire leur central téléphonique à Budapest, Tesla a déménagé avec Tivadar à Paris, où ils sont tous deux allés travailler pour la Société Electrique Edison installant des systèmes d’éclairage à incandescence.
Tesla s’attendait à ce qu’Edison, étant un si grand inventeur, comprenne et accepte parfaitement le concept de développement de dispositifs et de systèmes à courants alternatifs comme une solution plus pratique pour la production, la transmission, la distribution et l’utilisation de l’énergie électrique. Donc, pour le moment, Tesla s’est lancé dans le travail sur DC. Il a dit à Edison qu’il pensait pouvoir améliorer considérablement la dynamo DC. Edison lui a dit que s’il le pouvait, cela lui rapporterait un bonus de 50 000 $. Cela aurait permis à Tesla de créer son propre laboratoire où il aurait pu poursuivre ses intérêts AC. À force d’heures extrêmement longues et d’efforts diligents (ses heures régulières étaient de 10 h 00 à 5 h 00 le lendemain), il a proposé un ensemble de quelque 24 modèles de nouveaux équipements, qui seraient éventuellement utilisés pour remplacer l’équipement actuel d’Edison. Mais il n’a jamais trouvé les 50 000 $ promis dans son enveloppe de paie. Quand il a interrogé Edison à ce sujet, Edison lui a dit qu’il plaisantait. « Vous ne comprenez pas l’humour américain », a-t-il dit. À ce moment-là, il a été profondément déçu et, pour cette raison, il a quitté l’entreprise d’Edison après moins d’un an. Tesla n’y a travaillé que six mois environ et il a rencontré Edison peut-être deux fois.
Tesla affirme, dans son autobiographie My Inventions, ce qui suit concernant son passage à Machine Works à New York.
«Pendant près d’un an, mes horaires réguliers étaient de 10h30 à 5h00 le lendemain matin sans exception. Edison m’a dit : « J’ai eu beaucoup d’assistants qui travaillent dur mais vous prenez le gâteau. » Au cours de cette période, j’ai conçu vingt-quatre types différents de machines standard avec des noyaux courts et de modèle uniforme qui ont remplacé les anciennes. Le directeur m’avait promis cinquante mille dollars à la fin de cette tâche, mais cela s’est avéré être une blague pratique. Cela m’a donné un choc douloureux et j’ai démissionné de mon poste.»
En 1885, Westinghouse a importé un certain nombre de transformateurs Gaulard-Gibbs et un générateur de courant alternatif primitif Siemens d’Angleterre pour développer des expériences chez lui à Pittsburgh. Avec ce matériel, Westinghouse a chargé Stanley et ses assistants, Albert Schmid et Oliver B. Shallenberger, d’enquêter sur le système Gaulard et Gibbs pour déterminer la valeur commerciale et commencer à expérimenter les réseaux AC. Albert Schmid était un ingénieur mécanique et électrique suisse qui avait travaillé sur certains des premiers systèmes de dynamos et de lampes à arc en Europe et Oliver B. Shallenberger était un autre ingénieur et inventeur qui travaillait également pour Westinghouse depuis 1884. À l’automne 1884, Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy et Miksa Déri (ZBD), trois ingénieurs associés à l’usine Ganz, avaient déterminé que les dispositifs à noyau ouvert étaient impraticables, car ils étaient incapables de réguler de manière fiable la tension. Dans leurs demandes de brevet conjointes de 1885 pour de nouveaux transformateurs (plus tard appelés transformateurs ZBD), ils ont décrit deux conceptions avec des circuits magnétiques fermés où les enroulements de cuivre étaient soit enroulés autour d’un noyau en fil de fer, soit entourés d’un noyau en fil de fer. Dans les deux conceptions, le flux magnétique reliant les enroulements primaire et secondaire se déplaçait presque entièrement dans les limites du noyau de fer, sans chemin intentionnel dans l’air (voir Noyaux toroïdaux ci-dessous). Les nouveaux transformateurs étaient 3,4 fois plus efficaces que les dispositifs bipolaires à noyau ouvert de Gaulard et Gibbs.
L’usine de Ganz en 1884 a expédié les cinq premiers transformateurs CA à haut rendement au monde. Cette première unité avait été fabriquée selon les spécifications suivantes : 1 400 W, 40 Hz, 120 :72 V, 11,6 :19,4 A, rapport 1,67 :1, monophasé, en forme de coque. Les brevets ZBD comprenaient deux autres innovations majeures interdépendantes : l’une concernant l’utilisation de charges d’utilisation connectées en parallèle, au lieu de connectées en série, l’autre concernant la possibilité d’avoir des transformateurs à haut rapport de transformation de sorte que la tension du réseau d’alimentation puisse être beaucoup plus élevée (initialement 1 400 à 2 000 V) que la tension des charges d’utilisation (100 V initialement de préférence). Lorsqu’ils sont utilisés dans des systèmes de distribution électrique connectés en parallèle, les transformateurs à noyau fermé ont finalement rendu techniquement et économiquement faisable la fourniture d’énergie électrique pour l’éclairage des maisons, des entreprises et des espaces publics.
L’autre étape essentielle a été l’introduction des systèmes «source de tension, tension intensive» (VSVI) par l’invention des générateurs de tension constante en 1885. Ottó Bláthy a également inventé le premier compteur d’électricité à courant alternatif. La direction de Thomson Houston a réalisé que le courant alternatif serait la voie de l’avenir et a pressé Thomson de fournir les solutions techniques. Il travaillait sur le problème depuis 1885 mais était bloqué par la connexion en série brevetée par Gibbs et Gaulard. Ses efforts consistaient à fabriquer des transformateurs autorégulateurs connectés en parallèle. Un générateur de courant alternatif a été installé dans l’usine Thomson Houston à Lynn pour fournir un éclairage incandescent et tester le système.
Au printemps 1885, avant d’ouvrir son usine électrique, George Westinghouse acheta aux États-Unis les droits d’utilisation des brevets de transformateurs Gaulard et Gibbs qui « transformeraient » la tension du courant alternatif, de sorte que l’électricité puisse être transportée sur de longues périodes distances à haute tension, puis ramené à la tension appropriée pour son utilisation prévue. Certaines caractéristiques de l’appareil qu’il avait acquis n’étaient pas pratiques, mais il a embauché William Stanley Jr. comme ingénieur en chef et d’autres membres du personnel pour l’opération de transformateur prévue et en quelques semaines, ils ont déjà élaboré une nouvelle conception complète. Il a conçu et construit le premier transformateur à usage commercial.
Stanley a amélioré l’efficacité et les méthodes de construction en utilisant des tôles d’acier serrées ensemble sous une forme rectangulaire. Sur les deux côtés du rectangle, il a enroulé des bobines d’induction à barres de cuivre avec une bobine ayant cinq fois plus de tours que l’autre. Le transformateur terminé avait un primaire de 500 volts et un secondaire de 100 volts. Stanley a reçu le brevet américain de méthode de construction US349 611 A – Bobine d’induction – 21 septembre 1886. Il était facile à produire, relativement peu coûteux et facile à régler. Il devait être éolien pour former un noyau de plaques en forme de E dans des variations de montée et de descente, les saillies centrales de chaque plaque successive étant alternativement insérées à travers des bobines rembobinées de côtés opposés, permettant ainsi un enroulement séparé et par conséquent une meilleure isolation des bobines.
Dans une usine louée à Garrison Alley à Pittsburgh, la Westinghouse Electric Company est née en 1886. Utilisant le succès financier de son opération de freinage pneumatique, George Westinghouse et ses ingénieurs ont commencé la conception et la construction d’équipements électriques utilisant du courant alternatif. Westinghouse flirtait toujours avec le courant continu et cela a exaspéré l’inventeur de mauvaise humeur William Stanley Jr. Ils n’étaient pas prêts pour un divorce, ils ont donc obtenu une séparation provisoire en décembre 1885. Dans le cadre du nouvel accord, Stanley travaillait dans un bureau du Massachusetts.
Il a été utilisé pour la première fois à Barrington, Massachusetts en mars 1886, où il a loué une usine de caoutchouc abandonnée pour l’électrification du centre-ville à l’aide d’un système d’alimentation en courant alternatif avancé. il avait illuminé un petit quartier avec son transformateur et un générateur de courant alternatif.
Thomas Evershed & les tunnels hydrauliques
En 1886, Thomas Evershed, un ingénieur de l’État de New York, a soumis un plan pour la génération de 200 000 chevaux à Niagara Falls. Le plan d’Evershed prévoyait l’utilisation de toute la chute d’eau depuis la partie supérieure de la rivière Niagara jusqu’à la partie inférieure de la rivière Niagara (en aval des chutes). Une série de canaux desservirait des centaines de moulins au-dessus des chutes tandis qu’un énorme tunnel de ruissellement s’étendrait sous la ville de Niagara et se viderait dans le cours inférieur de la rivière Niagara près du pont suspendu de Clifton. Le courant continu d’électricité qui était utilisé ne pouvait pas être transmis à plus de deux milles. Il n’a pas pu être transmis au centre de population le plus proche à Buffalo, New York. De nombreux experts de renommée mondiale ont vu le potentiel de production d’énergie hydroélectrique de grande envergure à Niagara Falls. L’État de New York avait racheté la propriété des chutes américaines et était en train d’établir un grand parc près des chutes.
L’ingénieur Thomas Evershed a proposé de percer un large tunnel à l’épreuve de la glace de 2,5 miles (4 km) sous Niagara Falls, New York pour alimenter 38 puits verticaux contenant des turbines qui alimenteraient les usines situées au-dessus. Un groupe d’hommes d’affaires a formé un groupe appelé Niagara River Hydraulic Tunnel Power & Sewer Company et a obtenu une charte en 1886 pour détourner l’eau de la partie supérieure de la rivière Niagara juste à l’extérieur du parc national de la réserve de Niagara, mais n’a pas pu attirer suffisamment d’argent pour financer ce projet. . Entre 1886 et 1890, la construction est au point mort. Le plan de fraisage sur roue d’Evershed a été jugé trop inefficace et coûteux. Aucun moyen approprié de transmettre la puissance n’avait été développé et une décision quant au type de moteur qui serait utilisé pour la production d’électricité n’avait pas encore été prise. Les ingénieurs ont modifié le plan d’Evershed pour distribuer l’électricité à partir d’une station centrale.
Centrale électrique à courant alternatif
En 1886, la première centrale électrique à courant alternatif commercialement réussie aux États-Unis a été ouverte à Buffalo, N.Y. par George Westinghouse. Par rapport aux entreprises de courant direct de Thomas Edison, la distance de transmission en courant alternatif pourrait être augmentée de plusieurs kilomètres en utilisant des transformateurs à la source pour une transmission à une tension beaucoup plus élevée, ce qui réduisait également les pertes d’énergie. (Plus tôt dans l’année, le 6 mars 1886, il a exploité une installation expérimentale, la première centrale électrique à courant alternatif aux États-Unis, à Great Barrington, Mass., où il a démontré la transmission à 500 volts pour 4000 pieds, descendu à 100 volts pour lumières dans les magasins. Il a commencé à produire de l’énergie commerciale deux semaines plus tard, mais il a été rapidement abandonné lorsqu’il a été endommagé par un accident.)
https://teslaresearch.jimdofree.com/niagara-falls-power-project-1888/
https://todayinsci.com/11/11_30.htm#event