Vahelduvvool: erinevus redaktsioonide vahel

Eemaldatud 68 baiti ,  2 aasta eest
P
resümee puudub
PResümee puudub
'''Vahelduvvool''' (rahvusvaheline tähis '''AC''', ingliskeelsest terminist ''alternating current'') on [[elektrivool]], mille suund muutub ajas perioodiliselt. Ajas konstantse suuna ja tugevusega [[elektrivool]] on [[alalisvool]] (rahvusvaheline tähis '''DC''' ingliskeelsest terminist ''direct current''). Vahelduvvool on see vooluliik, mida kasutatakse [[elektrienergia]] transpordiks [[elektrijaam]]ast tarbijateni, seega on just vahelduvvool see vooluliik, mida tarbitakse, kui lülitatakse näiteks televiisor või köögiseade seinakontakti abil vooluvõrku. Tüüpilise alalisvooluallikana võib välja tuua [[patarei]] ja [[aku]]. Lühendeid ''AC'' ja ''DC'' kasutatakse sageli nii voolu kui ka pinge tähistamiseks.<ref>{{cite book
| title = Basic Electronics & Linear Circuits| author = N. N. Bhargava| author2 = D. C. Kulshreshtha| last-author-amp = yes| publisher = Tata McGraw-Hill Education| date = 1983| isbn = 978-0-07-451965-3| page = 90| url = https://books.google.com/books?id=C5bt-oRuUzwC&pg=PA90
}}</ref><ref>{{cite book | title = Electrical meterman's handbook| author = National Electric Light Association| publisher = Trow Press| date = 1915 | page = 81| url = https://books.google.com/books?id=ZEpWAAAAMAAJ&pg=PA81
}}</ref><ref>{{cite book
| title = Electrical meterman's handbook| author = National Electric Light Association| publisher = Trow Press| date = 1915 | page = 81| url = https://books.google.com/books?id=ZEpWAAAAMAAJ&pg=PA81
}}</ref>
 
 
== Ülekanne, jaotus ja kodune elektrivõrk ==
{{Peamine artikkelVaata|Elektrienergia ülekanne}}
 
{{Peamine artikkel|Elektrienergia ülekanne}}
[[File:Electric Transmission.png|thumb|265px|Pikamaa elektrienergia ülekande põhimõtteskeem. C – tarbijad, D – pinget langetav trafo, G – generaator, I – vool juhtmetes, Pe – võimsus ülekandeliini lõpus, Pt – võimsus ülekandeliini alguses, Pw – võimsuskadu ülekandeliinis, R – juhtmete kogutakistus, V – pinge ülekandeliini alguses, U – pinget tõstev trafo]]
 
 
== Efektid kõrgetel sagedustel ==
{{Peamine artikkelVaata|Pinnaefekt}}
 
{{Peamine artikkel|Pinnaefekt}}
 
[[File:22. Теслин трансформатор.ogv|thumb|left|280px|[[Tesla trafo]] tekitamas kõrgsageduslikku voolu, mis on inimestele ohutu, kuid paneb tööle [[fluorestsents]]lambi, mida trafole lähendatakse]]
Alalisvool liigub ühtlaselt läbi kogu homogeense juhtme ristlõike. Mistahes sagedusel vahelduvvool aga suunatakse juhtme keskmest eemale, selle välispinna suunas. See juhtub, kuna vahelduvvoolu puhul liikuva [[elektrilaeng]]u kiirendus tekitab [[elektromagnetlaine]]id, mis indutseerivad pöörisvoolusid, mis töötavad algsele elektrivoolule vastupidises suunas, kusjuures need nn. vastuvoolud tugevnevad juhtme kesktelje suunas. Sellist nähtust nimetataksegi [[pinnaefekt]]iks (ingl k ''skin effect''). Väga kõrgete sageduste puhul liigubki kogu elektrivool ainult juhi pindmistes kihtides. Isegi nii madalatel sagedustel nagu 50 Hz ja 60 Hz on siiski võimalik pinnefekti täheldada piisavalt jämedates [[elektrijuht]]ides. Näiteks sügavus, mille puhul on [[voolutihedus]] vaskjuhtmes vähenenud 63% 60 Hz sagedusega vahelduvvoolu korral, on 8,57 mm. Seetõttu on kõrge voolutugevuse jaoks mõeldud juhid vahel seest õõnsad, et vähendada nende massi ja hinda. Kuivõrd vahelduvvool liigub juhi servades, tähendab see, et juhi [[efektiivne ristlõige]] väheneb ja [[näivtakistus]] suureneb, kuna [[takistus]] on pöördvõrdeline juhi ristlõikepindalaga. AC takistus on sageli märksa suurem, kui DC takistus, põhjustades palju suurema energiakao [[Joule'i-Lenzi seadus|oomilise soojenemise]] tõttu.
 
{{clearPuhasta}}
 
=== Meetodeid vahelduvvoolu takistuse vähendamiseks ===
 
==== Kiudoptika ====
{{Peamine artikkelVaata|Kiudoptika}}
Suurematel sagedustel kui 200 GHz muutuvad lainejuhi mõõtmed ebapraktiliselt väikeseks ning oomilised kaod lainejuhi seintes liiga suurteks. Selle asemel saab kasutada [[kiudoptika]]t, mis on teatud tüüpi dielektriline lainejuht. Selliste sageduste puhul ei kasutata enam pinge ja voolutugevuse mõisteid.
 
 
=== Võimsus ===
{{Peamine artikkelVaata|Võimsus}}
 
Seos pinge ja edasikantud võimsuse vahel on:
 
== Ajalugu ==
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 Jablotškov]] 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 Jablotškovi küünlaks (sisuliselt [[kaarlahendus|kaarlamp]],)<ref>{{cite journal |url=https://books.google.com/?id=ksa-S7C8dT8C&pg=RA2-PA283 |page=283 |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |issue=534 |volume=21 |title=Gas and Electricity in Paris |last=De Fonveille |first=W. |bibcode=1880Natur..21..282D |doi=10.1038/021282b0
|url=https://books.google.com/?id=ksa-S7C8dT8C&pg=RA2-PA283 |page=283 |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |issue=534 |volume=21 |title=Gas and Electricity in Paris |last=De Fonveille |first=W. |bibcode=1880Natur..21..282D |doi=10.1038/021282b0
}}</ref> see pidi tagama, et ühe lambi kasutuskõlbmatuks muutumisel ei katkeks kogu ahel. 1878. aastal hakkas Ganzi tehas Budapestis tootma seadmeid elektrilise valgustuse jaoks, ning 1883. aastaks olid nad paika seadnud üle 50 süsteemi kogu [[Austria-Ungari]]s. Nende vahelduvvoolusüsteem kasutas nii kaar- kui ka hõõglampe, generaatoreid ja muid seadmeid.<ref name="Hughes (1993)">{{Cite book
| url = https://books.google.com/?id=g07Q9M4agp4C&pg=PA96&dq=Networks+of+Power:+Electrification+in+Western+Society,+1880-1930+ganz#v=onepage&q=
[[File:DBZ trafo.jpg|right|thumb|ZBD trafo prototüüp Széchenyi Istváni memoriaalnäitusel [[Nagycenk]]is [[Ungari]]s]]
 
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|<ref>Hughes|, Thomas P. (1993|p=). lk 95}}.</ref> Ühises 1885. aastal esitatud patenditaotluses uudsete trafode peale (hiljem nimetatud kui ZBD trafod) kirjeldasid nad kahte suletud magnetahelatega tehnilist lahendust, kus vaskjuhtmed olid keritud ümber raudjuhtmetest südamiku või neid ümbritses raudjuhtmetest südamik.<ref name=FJU1889 /> Mõlema lahenduse korral 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
|last=Jeszenszky|first=Sándor
|title=Electrostatics and Electrodynamics at Pest University in the Mid-19th Century
[[File:WestinghouseEarlyACSystem1887-USP373035.png|thumb|Westinghouse'i algne vahelduvvoolusüsteem, 1887<br /> ([https://web.archive.org/web/20090325121254/http://www.pat2pdf.org/patents/pat373035.pdf US patent 373035])]]
 
Ühendkuningriigis disainis [[Sebastian de Ferranti]], kes töötas välja vahelduvvoolugeneraatoreid ja trafosid Londonis aastast 1882, vahelduvvoolusüsteemi [[Grosvenor Gallery]] elektrijaamas 1886. aastal. Ta tegi tööd London Electric Supply Corporationile (LESCo) ning töötas sealgi välja vahelduvvoolugeneraatoreid ja trafosid, mis sarnanesid üsnagi Gaulardi ja Gibbsi omadega. {{sfnp|<ref>Hughes|, Thomas P. (1993|p=). lk 98}}.</ref> Aastal 1890 projekteeris 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> ning 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]] 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 eri 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 tehniline 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>
 
Amesi hüdroelektrijaam ja algne Niagara Joa Adamsi elektrijaam olid esimeste hüdroelektri vahelduvvoolujaamade hulgas. Esimene pikamaa ühefaasilise elektrisignaali ülekanne toimus hüdroelektrijaamast [[Oregon|Oregoni osariigosariigis]]is [[Willamette FallsisFalls]]is, mis saatis 1890. aastal elektrienergiat 14 miili kaugusele Portlandi[[Portland]]i kesklinna tänavavalgustuse jaoks.<ref>{{Cite journal |last=|first=|date=1915|title=Electric Transmission of Power |url=|journal=General Electric Review |volume=XVIII}}</ref> 1891. aastal paigaldati teine süsteem Telluride'i [[Colorado|Colorado osariigi]]s.<ref>{{Cite journal |last=|first=|date=1915|title=Electric Transmission of Power|url=|journal=General Electric|volume=XVIII|pages=|via=
}}</ref>
[[San Antonio Canyon]]<nowiki/>i generaator oli kolmas kommertsiaalne ühefaasiline vahelduvvoolu [[hüdroelektrijaam]] Ameerika Ühendriikides, mis transportis ka elektrienergiat kaugete vahemaade 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 projekteeris sama mees [[USA]] esimese tööstusliku kolmefaasilise vahelduvvoolu hüdroelektrijaama – Mill Creek No. 1, mis asus Redlandsis [[Kalifornia|California osariigi]]s. Deckeri tehniline 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. 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 kuut 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 LeGeyt Fortescue]] sümmeetriliste komponentide meetod aastast 1918.
 
== Vaata ka ==
 
{{Div col|colwidth=30em}}
*[[Alalisvool]]
*[[Kolmefaasiline süsteem]]
*[[Elektrienergia ülekanne]]
*[[Transformaator]]
{{div col end}}
 
== Viited ==
{{ReflistViited}}
 
== Kirjandus ==