ניקולה טסלה
המצאותיו ופיתוחיו המדעיים > פיתוח זרם החילופין

כאמור החל טסלה את ההתעניינות שלו בחקר זרם החילופין דרך חקר הדינמו שהחל בו עוד בשנותיו באוניברסיטה של גראץ. בגיל עשרים וארבע, כשטסלה התגורר בבודפשט ועבד בשרתי הטלפונים המרכזיים, לקה בדיכאון קשה לאחר שעבודתו ומאמציו לא הניבו הצלחה. כאשר השתקם ויצא אחר הצהריים אחד לטייל בעיר, הגיעה אליו התשובה: "אחר צהריים אחד, שנמצא אי שם בזיכרוני, נהניתי לטייל עם חברי [אנטוני סזיגטי] בפארק העירוני ולדקלם שירה. בגיל הזה ידעתי ספרים שלמים בעל פה, מילה במילה. אחד מאלה היה פאוסט של גתה. השמש רק שקעה והזכירה לי קטע מפואר: 'האור נסוג, נשלם יום של עמל; השקיעה ממהרת, תחומי חיים חדשים בוחנים אותנו; כך שאף כנף לא יכולה להרים אותי מהאדמה על המסלול שאחריו עלי לעקוב, יש לעקוב אחרי הדחף!' כשאמרתי את המילים מעוררות ההשראה האלה הרעיון הגיע כהבזק של ברק ובתוך רגע האמת נחשפה. ציירתי עם מקל על החול את התרשים שהוצג שש שנים מאוחר יותר בכתובת שלי בפני המכון האמריקאי למהנדסי חשמל. זו הייתה המצאת מנוע האינדוקציה, התקדמות טכנולוגית שתשנה בקרוב את כל פני העולם."
בזרם חילופין (AC), זרימת המטען החשמלי הופכת מעת לעת את הכיוון, בעוד שבזרם ישר (DC), זרימת המטען החשמלי נעה רק בכיוון אחד. מתח AC נתון להעלאה או הורדה בעזרת שנאי. שימוש במתח גבוה יותר מוביל להעברת זרם יעילה יותר באופן משמעותי. הפסדי ההספק (PL) במוליך הם תוצר של יחסי הזרם (I) וההתנגדות (R), המתוארים בנוסחה:  Pl=I^{2}R שטסלה קבע. המשמעות היא שכאשר משדרים זרם קבוע על מוליך נתון, אם הזרם יכפיל את עצמו, תוצר ההספק יהיה גדול פי ארבעה. ההספק המועבר שווה לתוצר של הזרם והמתח (בהנחה שאין הבדל בין הפאזות); אשר לפי נוסחה נראה כך:  Pt=IV (V הוא הזרם). לפיכך, ניתן להעביר את אותה כמות הספק עם זרם נמוך יותר על ידי הגברת המתח. לכן ישנו יתרון מרכזי בזרם חילופין בעת העברת כמויות גדולות להפצת חשמל במתח גבוה.
עם זאת, למתח הגבוה שעליו מבוסס זרם החילופין שפיתח טסלה מספר חסרונות, כאשר העיקרי הוא הבידוד המוגדל הנדרש, ובדרך כלל הקושי המוגבר בטיפול בו באופן בטיחותי. במהלך מלחמת הזרמים, אירעו מספר תאונות שבהן מהנדסי חשמל נהרגו בעת שעבדו על זרם חילופין. תאונות הרות אסון אלו שימשו את אדיסון בהפניית דעת הקהל הכללית נגד טסלה, וסטינגהאוס וזרם החילופין בכלל. ייצור חשמל במערכת תלת-פאזית הפך עם השנים לנפוץ מאוד. השלד הפשוט ביותר שביסס טסלה הוא שלושה סלילים נפרדים בסטאטור הגנרטור המקוזזים פיזית בזווית של 120 מעלות זה לזה. בכך נוצרות שלוש צורות גל שוות בגודלן ביחס שווה זו לזו. אם מתווספים סלילים הפוכים לאלה (המותירים מתווך חלל בן 60 מעלות), הם יוצרים את אותם הגלים רק עם קוטביות הפוכה ולכן ניתן לחבר אותם יחדיו.
מערכות חד-פאזיות בעלות שלושה חוטים, עם שנאי אחד הממוקם במרכז המפעיל שני מוליכים, היא תוכנית הפצה נפוצה למבני מגורים ומבנים מסחריים קטנים. סידור זה מכונה לעיתים באופן שגוי "דו-פאזי". טסלה, לאחר התאונות הרבות, הוסיף למערכת מוליך שלישי, הנקרא מוליך הקשר (או מוליך האדמה), מחובר לעיתים קרובות בין מארזי מתכת שאינם נושאים זרם (הארקה) ובין קרקע עפר. מוליך זה מספק הגנה מפני הלם חשמלי עקב תאונות של מגע מקרי של מוליכי מעגלים עם שלדי המתכת של מכשירים וכלים מוליכים שונים. חיבור כל חלקי המתכת שאינם נושאי זרם למערכת אחת שלמה מבטיח שתמיד יהיה נתיב הארקה חשמלית קרוב לקרקע שיוכל לשאת זרם במקרה של תקלה. נתיב הארקה נמוך זה מאפשר החלה של זרם מול כמות התקלות המרבית, ומאפשר למכשיר הגנה מיידית מפני זרם יתר העלול לגרור כשל מערכות או שרפה, ומביא את מערכת החשמל למצב בטוח. כל חוטי החיבור מחוברים לקרקע בלוח השירות הראשי.
טסלה המציא את גנרטור זרם החילופין שפועל בשיטת ה"השראה" (יצירת זרם חשמלי או מגנטי ללא מגע ישיר). ועל ידי כך ביסס את המעמד של זרם החילופין, אשר משמש לאספקת חשמל לבתים הפרטיים על ידי חברות החשמל. יתרונו הגדול של זרם החילופין על פני זרם ישר הוא שבאמצעותו ניתן להעביר את הזרם על פני מרחקים ארוכים, ובכך לרכז את יצור החשמל בתחנות כוח מרכזיות.
טסלה שכלל את הרכב המנוע הבסיסי כאשר יצר את המנוע הראשון חסר המברשות (Brushless). בדגמי המנוע המסורתיים ישנו שימוש במברשות עשויות פחם עבור העברת האנרגיה מהמיסב הראשי לתוך הסלילים. טסלה, דרך שימוש במערכת התלת-פאזית, קבע את מיקומם של הסלילים על גבי הסטאטור (אליו הם מחוברים דרך הלחמה) והחליף את המערכת הכללית ממכנית לאלקטרונית, כך שדרך שימוש בבקר(Control Card) מתחלפים המשיכה והדחייה של הזרמים. בביטול המברשות יורד החיכוך והחום והמערכת הופכת לזולה יותר ובעלת אורח שימוש ארוך יותר. המיסבים הראשיים נותרים במקומם. בדגם המנוע חסר המברשות של טסלה שופרה השליטה על מהלך הסיבוב, על מהירות הסיבוב וטמפרטורת המנוע.