Vahelduvvool: erinevus redaktsioonide vahel

Jaotusvõrgu[[sagedus]] varieerub riigiti ning mõnikord isegi riigisiseselt; suurem osa elektrienergiast toodetakse sagedusel 50 või 60 [[Hertsherts]]i (Hz). Mõnes riigis esinevadon kasutusel nii 50 Hz kui ka 60 Hz võrgud, näiteks Jaapanis. Madal töösagedus lihtsustab elektrimootorite ehitust. Samas põhjustab madal sagedus ka tuntavat värelust [[Kaarlahendus|kaarlamp]]ides ja [[hõõglamp]]ides. Plusspoolelt jällegi põhjustab madalam sagedus madalamat [[impedants]]ikadu, mis on võrdeline sagedusega. Algsed [[Niagara juga|Niagara joa]] generaatorid disainitiolid ette nähtud tootma 25 Hz sagedusega elektrivoolu, kompromiss madala ja kõrge sageduse vahel – piisavalt madal [[tõmbemootor]]ite ja raskete [[induktsioon]]mootorite jaoks, samas piisavalt kõrge, et hõõglambid võiksid töötada (kuigi nähtava värelusega). Suurem osa jae- ja industriaaltarbijateletööstustarbijatele toodetud võimsusest muudeti 1950-ndatel. aastatel 60 Hz sagedusele, siiski jäid mõned 25 Hz peal olevad tööstuslikud tarbijad kuni 21. sajandi alguseni. Mõnes Euroopa raudteesüsteemis kasutatakse siiani 16,7 Hz (varem 16 2/3 Hz) sagedusega elektrivoolu, näiteks [[Austria]]s, [[Saksamaa]]l, [[Norra]]s, [[Rootsi]]s ja [[Šveits]]is. Mere-, militaar-, õhusõiduki-, kosmose- ja tekstiilitöötlustehnoloogiates kasutatakse vahel ka 400 Hz elektrivoolu, mis pakub eeliseid kergemate seadmete ja suuremate mootorikiiruste näol. Keskarvuteid varustati sageli 400 Hz või 415 Hz vooluga [[Virvendusdefekt|virvendusdefekti]] (ingl k ''ripple effect'') vähendamiseks.<ref>{{Cite web|url=https://www.ecmweb.com/basics/basics-400-hz-power-systems|title=The Basics of 400-Hz Power Systems|date=24.10.2019|website=Electrical Construction & Maintenance (EC&M) Magazine}}</ref>

[[Lainejuhe|Lainejuhid]] onsarnanevad koaksiaalkaablitesarnasedkoaksiaalkaablitega, kuivõrd mõlemad koosnevad torudest, suurim erinevus seisneb selles, et lainejuhil ei ole sisemist elektrijuhti. Lainejuhil võib olla suvaline ristlõige, aga ristkülikukujuline on enamlevinud. Kuna lainejuhtidel ei ole sisemist elektrijuhti, mis kannaks vastupidist voolu, siis lainejuht ei saagi kanda elektrienergiat [[elektrivool]]u kaudu, vaid ''juhitud'' [[elektromagnetlained|elektromagnetlainete]] abil. Kuigi [[voolutihedus|pinnavoolud]] tõepoolest esinevad lainejuhtide siseseintel, ei kanna nad edasi energiat. Energiat kantakse edasi juhitud elektromagnetväljadega. Pinnavoolusid tekitavad elektromagnetväljad ning nende otstarve on hoida elektromagnetvälju lainejuhi sees ning mitte lekkida neid lainejuhist välja. Lainejuhi mõõtmed on võrreldavas suurusjärgus edastatava vahelduvvoolu [[lainepikkus]]ega, seega on lainejuhid mõistlikult kasutatavad vaid mikrolainete sagedusalas. Lisaks sellele mehaanilisele mõttekusele põhjustavad mitteideaalsetest [[metall]]idest valmistatud lainejuhtide seinad oma elektritakistusega võimsuse [[hajumine|hajumist]]. Kõrgematel sagedustel muutuvad sellest hajumisest tingitud kaod vastuvõetamatult suurteks.

kus on kasutatud [[trigonomeetrilised samasused|trigonomeetrilist samasust]] <math>\sin^2(x) = \frac {1 - \cos(2x)}{2}</math> ja tegur <math>\sqrt{2}</math> varieerub erinevate signaalideerisignaalide korral.

Vahelduvvoolu kasutatakse [[informatsioon]]i edasikandmiseks, näiteks [[telefon]]i ja [[kaabeltelevisioon]]i korral. Informatsiooni kandvaid signaale edastatakse üle laia vahelduvvoolu sageduste vahemiku. Traditsiooniliste telefonisignaalide sagedus on u. 3 kHz, lähedane baassageduslikule audiosagedusele. Kaabeltelevisioon ja teised kaabli kaudu edastatavad infokanalid võivad kasutada sagedusi kümnetest kuni tuhandete megahertsideni. Need sagedused on sarnasedsarnanevad elektromagnetlainete sagedustega, mis sama tüüpi infot [[Wi-Fi|juhtmeta]] edastavad.

Esimene [[generaator]] vahelduvvoolu tekitamiseks oli [[dünamo]] elektrigeneraator, mis põhines [[Michael Faraday]] printsiipidel ja mille ehitas prantslane [[Hippolyte Pixii]] aastal 1832. Pixii lisas hiljem oma seadmele [[kommutaator]]i, et tekitada (toona) enamkasutatavat alalisvoolu. Esimene teadaolev praktiline rakendus vahelduvvoolule tuli [[Guillaume Duchenne]]'i poolt, kes oli leiutaja ja [[elektroteraapia]] väljatöötaja. 1855. aastal teatas ta, et vahelduvvool on alalisvoolust parem elektroterapeutiliste lihaskokkutõmmete saavutamiseks. <ref>Licht, Sidney Herman., "History of Electrotherapy", in Therapeutic Electricity and Ultraviolet Radiation, 2nd ed., ed. Sidney Licht, New Haven: E. Licht, 1967, Pp. 1-70.</ref> Vahelduvvoolu tehnoloogiat arendas edasi ungarlase [[Ganz Works]]<nowiki/>i firma (1870-ndad), ja 1880-ndatel: [[Sebastian Ziani de Ferranti]], [[Lucien Gaulard]], ja [[Galileo Ferraris]].

Vene insener [[Pavel YablochkovJablotškov]] leiutas 1876. aastal valgustussüsteemi, kus hulk induktsioonmähiseid oli tööle seadistatud piki kõrgepinge vahelduvvooluliini. Selle asemel, et muuta pinget, kandsid primaarmähised võimsuse edasi sekundaarmähistele, mis olid ühendatud ühe või mitme "elektriküünlaga", mida nimetatakse ka YablochkoviJablotškovi küünlaks (sisuliselt [[kaarlahendus|kaarlamp]],<ref>{{cite journal

Vahelduvvoolusüsteemides saab kasutada [[transformaator]]eid, et muuta pinget soovi korral kõrgemast madalamaks ja vastupidi, lubades tootmist ja tarbimist madalatel pingetel, kuid ülekannet – vahel ka väga pika maa taha – kõrge pinge abil, säästes elektrijuhtide maksumuse ja energiakadude pealt. Bipolaarne avatud südamikuga [[trafo]], mille töötasid välja [[Lucien Gaulard]] ja [[John Dixon Gibbs]], toodi esmakordselt avalikkuse ette 1881. aastal Londonis, ja see pälvis kohe [[George Westinghouse]]'i tähelepanu. Nad näitasid oma leiutist ka 1884. aastal [[Torino]]s. Sellegipoolest olid need algsed mähised avatud magnetahelatega elektrienergia koormusteni ülekandeks ebaefektiivsed. Kuni 1880-ndateni oli elektrienergia kõrge pingega tootja juurest madala pingega tarbija juurde toomise paradigma [[jadaühendus]]. Avatud südamikuga trafode, mille mähiste suhe on lähedal 1:1-le, primaarid ühendati jadamisi, et lubada kõrge pinge ülekande jaoks, samas madal pinge lampide jaoks. Sellise ühenduse põhimõtteline viga seisneb selles, et ühe lambi või mistahes seadme ahelas, väljalülitamine mõjutab pinget, mille all on kõik teised seadmed ahelas. Mõeldi välja mitmeid trafodisainetrafode tehnilisi lahendusi ja meetodeid, kuidas seda jadaühenduse probleemi kompenseerida, sh näiteks trafosüdamike nihutamine.<ref name=FJU1889>{{cite book|url=https://archive.org/details/historyoftransfo00upperich|last=Uppenborn|first=F. J.|title=History of the Transformer|publisher=E. & F. N. Spon|location=London|date=1889|pages=35–41}}</ref> Alalisvoolusüsteemidel selliseid probleeme ei olnud, mis andis neile suure eelise varajaste vahelduvvoolusüsteemide ees.

1884. sügisel leidsid [[Károly Zipernowsky]], [[Ottó Bláthy]] ja [[Miksa Déri]] (ZBD), kolm inseneri Ganzi tehasest, et avatud südamikuga seadmed on ebapraktilised, kuna nendega ei saadud töökindlalt pinget reguleerida. {{sfnp|Hughes|1993|p=95}} Ühises 1885. aastal esitatud patenditaotluses uudsete trafode peale (hiljem nimetatud kui ZBD trafod) kirjeldasid nad kahte suletud magnetahelatega disainitehnilist lahendust, kus vaskjuhtmed olid keritud ümber raudjuhtmetest südamiku või neid ümbritses raudjuhtmetest südamik.<ref name=FJU1889 /> Mõlema disainilahenduse puhulkorral liikus [[magnetvoog]], mis seob primaari ja sekundaari, tervenisti raudsüdamiku sees, ilma teadlikult tehtud õhuvahe piirkonnata. Uued seadmed olid 3–4 korda efektiivsemad, kui avatud südamikuga Gaulardi ja Gibbsi seadmed.<ref name=Jeszenszky>{{cite web

Ühendkuningriigis disainis [[Sebastian de Ferranti]], kes töötas välja vahelduvvoolugeneraatoreid ja trafosid Londonis aastast 1882, vahelduvvoolusüsteemi [[Grosvenor Gallery]] elektrijaamas 1886. aastal. Ettevõte,Ta millele tategi tööd tegi, oli London Electric Supply CorporationCorporationile (LESCo) ning Ferranti disainistöötas sealgi välja vahelduvvoolugeneraatoreid ja trafosid, mis sarnanesid kusjuuresüsnagi Gaulardi ja Gibbsi omadega. {{sfnp|Hughes|1993|p=98}} Aastal 1890 disainisprojekteeris ta [[Deptford]]i elektrijaama<ref>[http://www.mosi.org.uk/collections/explore-the-collections/ferranti-online/timeline.aspx Ferranti Timeline] {{cite web|url=https://web.archive.org/web/20151003002335/http://www.mosi.org.uk/collections/explore-the-collections/ferranti-online/timeline.aspx |date=24.10.2019 }} – ''[[Museum of Science and Industry (Manchester)|Museum of Science and Industry]]''</ref> janing muutis Grosvenor Gallery elektrijaama teisel pool [[Thames]]i jõge elektriliseks [[alajaam]]aks, näidates, kuidas saab vanemaid elektrijaamu ühendada uuemasse universaalsemasse vahelduvvooluvõrku.

Ameerika Ühendriikides töötas [[William Stanley, Jr.]] välja ühe esimestest praktilistest seadmetest, mille abil kanda üle vahelduvvoolu efektiivselt ühest isoleeritud ahelast teise. Ta kasutas mähiste paari, kumbki keritud ümber ühise raudsüdamiku, tema leiutis, mida ta nimetas [[induktiivpool]]iks, oli algeline [[trafo]]. Stanley tegi palju ka selle heaks, et Euroopa seadmed, näiteks Gaulardi ja Gibbsi trafo, võetaks kasutusele Ameerika Ühendriikides, seda [[George Westinghouse]]'i juures, kes hakkas vahelduvvoolusüsteeme ehitama 1886. aastal. Westinghouse'i ja teiste vahelduvvoolusüsteemide levik leidis ka vastuseisjaid, eeskätt 1887. aastal, kui [[Thomas Alva Edison|Edison]] (alalisvoolu apologeet) hakkas vahelduvvoolu diskrediteerima kui liiga ohtlikku. Võitlust erinevateeri süsteemide eestkõnelejate vahel teatakse ka kui "voolude sõda" (ingl k ''War of Currents''). 1888. aastal, kui avalikkusele tutvustati töötavat vahelduvvoolumootorit, mis oli senini süsteemidest puudu olnud, said vahelduvvoolusüsteemid selle abil töökindlamaks. Induktsioonmootori leiutasid teineteisest sõltumatult [[Galileo Ferraris]] ja [[Nikola Tesla]] (Tesla disaintehniline lahendus sai patendi Ameerika Ühendriikides Westinghouse'i firmale). Selle arendasid edasi moodsaks kolmefaasiliseks seadmeks [[Mihhail Dolivo-Dobrovolski]] ja [[Charles Eugene Lancelot Brown]].<ref name="books.google.com">[[Arnold Heertje]], Mark Perlman [https://books.google.com/books?id=qQMOPjUgWHsC&pg=PA138&lpg=PA138&dq=tesla+motors+sparked+induction+motor&source=bl&ots=d0d_SjX8YX&sig=sA8LhTkGdQtgByBPD_ZDalCBwQA&hl=en&sa=X&ei=XoVSUPnfJo7A9gSwiICYCQ&ved=0CEYQ6AEwBA#v=onepage&q=tesla%20motors%20sparked%20induction%20motor&f=false Evolving Technology and Market Structure: Studies in Schumpeterian Economics], page 138</ref>

[[San Antonio Canyon]]<nowiki/>i generaator oli kolmas kommertsiaalne ühefaasiline vahelduvvoolu [[hüdroelektrijaam]] Ameerika Ühendriikides, mis transportis ka elektrienergiat pikkadekaugete distantsidevahemaade taha. See valmis 1892. aasta 31. detsembril. Jaama töötas välja [[Almarian Decker]] ning see varustas elektriga Pomona linna [[California|California osariigi]]s, mis oli 14 miili kaugusel. 1893. aastal disainisprojekteeris sama mees [[USA]] esimese tööstusliku kolmefaasilise vahelduvvoolu hüdroelektrijaama – Mill Creek No. 1, mis asus Redlandsis [[Kalifornia|California osariigi]]s. Deckeri disaintehniline lahendus hõlmas 10 kV kolmefaasilist ülekannet ning sätestas standardi, mille järgi terviklikke tootmise, ülekande ja mootorite süsteeme ehitati. [[Jaruga]] hüdroelektrijaam [[Horvaatia]]s sai töökorda 28. augustil 1895. aastal. Kaks [[generaator]]it (kumbki 42 Hz, 550 kW) ja trafod valmistas ja seadis üles Ungari firma Ganz. Ülekandeliin elektrijaamast Šibeniki linna oli 11,5 km pikk, liine kandsid puidust tornid. Munitsipaaljaotusvõrk 3000 V/110 V hõlmas kuutekuut trafode alajaama. Vahelduvvooluahelate teooria arenes 19. sajandi lõpus ja 20. sajandi alguses väga kiiresti. Märkimisväärsed panustajad vahelduvvoolu teoreetilisse baasi oli muuhulgas näiteks [[Charles Steinmetz]], [[Oliver Heaviside]], jpt.<ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/?id=f5FqsDPVQ2MC&pg=PA1229&dq=theoretical++alternating+current++Oliver+Heaviside#v=onepage&q=theoretical++alternating+current++Oliver+Heaviside&f=false|title=Companion Encyclopedia of the History and Philosophy of the Mathematical Sciences|first=I.|last=Grattan-Guinness|publisher=JHU Press|via=Google Books|isbn=978-0-8018-7397-3}}</ref><ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/?id=lew5IC5piCwC&pg=PA329&dq=theoretical++alternating+current++Charles+Steinmetz#v=onepage&q=theoretical++alternating+current++Charles+Steinmetz&f=false|title=Mathematics in Historical Context|first=Jeff|last=Suzuki|publisher=MAA|via=Google Books|isbn=978-0-88385-570-6}}</ref> Arvutusi mittetasakaaluliste kolmefaasiliste süsteemide kohta aitas lihtsustada [[Charles LegeytLeGeyt Fortescue]] sümmeetriliste komponentide meetod aastast 1918.