Vahelduvvool: erinevus redaktsioonide vahel

P
resümee puudub
PResümee puudub
PResümee puudub
{{Keeletoimeta|kuu=august|aasta=2020}}
[[File:Types of current by Zureks.svg|thumb|upright=1.2|Vahelduvvool (roheline joon). Alalisvool on kujutatud punase joonega. Horisontaalteljel kujutatakse aega, vertikaalteljel voolutugevust või pinget]]
 
'''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>
 
Kõige laiemalt on kasutusel [[siinus]]funktsiooni kohaselt muutuv vahelduvvool ‒ siinusvool. Iga perioodi kestel suureneb vahelduvvoolu hetkväärtus (s.t muutuva suuruse väärtus mingil hetkel) nullist tippväärtuseni ja väheneb uuesti nullini (see on voolu positiivne poolperiood); seejärel väheneb vool negatiivse tippväärtuseni ja suureneb uuest nullini (negatiivne poolperiood). Teatud rakendustes, näiteks kitarri[[võimendi|võimendites]], on kasutusel teistsugused laineliigid, näiteks [[kolmnurklaine]]d või [[nelinurklaine]]d. AudioHeli- ja raadiosagedustel ülekantavad signaalid elektrijuhtmetes on samuti näited vahelduvvoolust. Sellised voolud kannavad ühes informatsiooni, näiteks heli (audiosagedusedhelisagedused) või pilte, mis on üldiselt ka [[modulatsioon]]ide kujul AC [[kandelaine]] peal. Selliste voolude sagedus on reeglina märksa kõrgema sagedusega kui elektrienergia transpordil.
 
== Ülekanne, jaotus ja kodune elektrivõrk ==
[[Kõrgepinge]]l on ka puudusi, näiteks suurem isoleerimisvajadus ning suuremad väljakutsed ohutuks käsitlemiseks. Elektrijaamas toodetakse elektrienergiat sobiva pingega [[elektrigeneraator]]ite jaoks ning seejärel [[pinge]]t tõstetakse ülekande jaoks [[trafo]] abil. Tarbijate lähedal langetatakse ülekandepinge sobivaks tarbijatele. Need pingeväärtused sõltuvad riigist ja koormuse suurusest, kuid üldiselt on mootorid ja valgustus disainitud kasutama mõnesajavoldist elektripinget. Tarbijateni toodav elektrivool on standardiseeritud parameetritega. Eestis on standardne faasi ja maanduse vaheline faasipinge 230 V ja liini/faaside vaheline pinge 400 V, [[sagedus]] 50 Hz (ühe sekundi jooksul vahetuvad + ja – poolused 50 korda). Kõrgepinge alalisvooluga (HVDC – ''high-voltage direct-current'') elektrienergia ülekandesüsteemid on muutunud kasutatavaks, kuna tehnoloogia areng on võimaldanud leida efektiivse viisi alalispinge langetamiseks. Elektrienergia algusaegadel ei olnud ülekanne alalispingega mõeldav, sest ei olnud välja töötatud majanduslikult ratsionaalset lahendust alalispinge tõstmiseks suurte võimsuste tuhandete kilomeetrite taha edastamise jaoks või langetamiseks lõpptarbijale sobiva väärtuseni, näiteks [[hõõglamp]]ide, elektroonika kasutamiseks.
 
[[Kolmefaasiline süsteem|Kolmefaasilise vahelduvvoolu]] tootmiseks on lihtsaim viis seda teha kasutades ühe [[generaator]]i [[staator]]i peal kolme eraldi mähist, mis on omavahel füüsiliselt 120° nurkade all (kolmandik tervest 360° faasist). Nii tekitatakse kolm voolusignaali, millel on võrdsed amplituudid ja sagedused, kuid [[faasivahe]] 120°. Kui lisada eeltoodud mähistele veel kolm tükki neile vastu (60° vahedega), tekitavad nad samad [[faas]]id, kuid pööratud [[polaarsus]]ega ning seega saab nad lihtsalt kokku ühendada. Praktikas kasutatakse rohkemgi mähiseid, näiteks 36 mähist 10° vahedega. Selle eeliseks on, et sama [[sagedus]]ega voolu tootmiseks saab kasutada aeglasemat pöörlemiskiirust. Näiteks 6 mähisega generaator, mis teeb 3600 pööret minutis, annab välja sama sagedusega signaali, mis 36 mähisega generaator, mis teeb 600 pööret minutis. Mida suurem seade, seda eelistatum on väiksem pöörlemiskiirus. Kui kolmefaasilise süsteemi koormus on faaside vahel ühtlaselt jaotunud, siis läbi [[Neutraaljuht|neutraali]] pinge maa suhtes on ~ 0 ja märkimisväärset elektrivoolu neutraaljuhti ei teki.
 
Kolmefaasilises süsteemis kasutatakse sageli nelja juhtmega süsteemi L1, L2, L3 ja [[Maandamine|maandus]] (PE). Kui kolmefaasilist pinget trafo abil langetatakse, kasutatakse sageli Delta (kolme juhtmega) [[primaarmähis]]t ja tähekujulist (nelja juhtmega) [[sekundaarmähis]]t, nii ei ole neutraali järele tarbija poolel vajadust. Väiksematele klientidele (kui väike on väike, sõltub jällegi riigist ja jaotussüsteemi vanusest) viiakse vahel vaid ühefaasiline vool ja neutraal, või kaks faasi ja neutraal. Suuremate installatsioonide jaoks viiakse kõik kolm faasi ja neutraal jaotuspaneeli. Kolmefaasilisest juhtpaneelist võivad edasi minna nii ühe- kui ka kolmefaasilised vooluringid.
 
[[Maandamine|Maandusjuhe]] (PE - maa potensiaalpotentsiaal) ühendatakse tavaliselt voolu mitte kandva metallist kesta ja maapinna vahele. Selline [[elektrijuht]] pakub kaitset elektrišoki eest, mis võiks ilma maanduseta toimuda, kui voolu all olev ahela osa puutub rikke või hooletuse tõttu vastu seadme metallkesta. Kõiki mitte voolu all olevate metallosade ühte süsteemi ühendamine ja maandamine tagab, et alati on olemas väikese [[impedants]]iga ühendus maaga, mis võimaldab mistahes voolu maasse juhtida ja liigvoolukaitse(sulari või automaatkaitse) kohese rakendumise jaoks piisava (lühis)voolu tekkimist. Puuduliku maanduse (maandustakistuse) või vale nimivooluga kaitse kasutamisel korral rakendub [[Lühis|lühiühenduse]] tekkimisel liigvoolukaitse kas liiga aeglaselt või ei rakendu üldse, mis koormab juhistikku kõrge temperatuurini - isolatsiooni hävinemiseni - tulekahju puhkemiseni või tuhandete ampritega mõõdetavate lühisvoolude tekkimise korral tekitab lühisega kaasnev magnetväli juhtide vahel kümnetes kilonjuutonites mõõdetavaid tõmbe- ja tõukejõude, mis lammutavad kilpe ja juhistikke, millele lisandub väga järsu termopaisumisega kaasnevad survejõud.
 
== Vahelduvvoolu jaotusvõrkude sagedused ==
[[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 suure 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. ACVahelduvvoolu takistus on sageli märksa suurem, kui DCalalisvoolu takistus, põhjustades palju suurema energiakao [[Joule'i-Lenzi seadus|oomilise soojenemise]] tõttu.
 
{{Puhasta}}
 
==== Lainejuhid ====
[[Lainejuhe|Lainejuhid]] sarnanevad koaksiaalkaablitega, 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 suurtekssuureks.
 
==== Kiudoptika ====
{{Vaata|Kiudoptika}}
Suurematel sagedustel kui 200 GHz muutuvad lainejuhi mõõtmed ebapraktiliselt väikeseks ningja 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.
 
==Vaheldupinge matemaatika==
 
== Informatsiooni ülekanne ==
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 audiosageduselehelisagedusele. Kaabeltelevisioon ja teised kaabli kaudu edastatavad infokanalid võivad kasutada sagedusi kümnetest kuni tuhandete megahertsideni. Need sagedused sarnanevad elektromagnetlainete sagedustega, mis sama tüüpi infot [[Wi-Fi|juhtmeta]] edastavad.
 
== Ajalugu ==
 
=== Transformaatorid ===
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 trafode 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.
 
=== Pioneerid ===
 
[[File:ZBD team.jpg|thumb|right|Ungari "ZBD meeskond" ([[Károly Zipernowsky]], [[Ottó Bláthy]], [[Miksa Déri]]), esimese suure efektiivsusega suletud südamikuga [[trafo]] ehitajad]]
 
[[File:DBZ trafo.jpg|right|thumb|ZBD trafo prototüüp Széchenyi Istváni memoriaalnäitusel [[Nagycenk]]is [[Ungari]]s]]
 
1884. sügisel leidsid Ganzi tehase insenerid [[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.<ref>Hughes, Thomas P. (1993). 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
Amesi hüdroelektrijaam ja algne Niagara Joa Adamsi elektrijaam olid esimeste hüdroelektri vahelduvvoolujaamade hulgas. Esimene pikamaa ühefaasilise elektrisignaali ülekanne toimus hüdroelektrijaamast [[Oregon|Oregoni osariigis]] [[Willamette Falls]]is, mis saatis 1890. aastal elektrienergiat 14 miili kaugusele [[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]]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 [[KaliforniaCalifornia|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 ==
* [[Alalisvool]]
* [[Kolmefaasiline süsteem]]
* [[Elektrienergia ülekanne]]
* [[Transformaator]]
 
== Viited ==
 
== Kirjandus ==
* Willam A. Meyers, ''History and Reflections on the Way Things Were: Mill Creek Power Plant – Making History with AC'', IEEE Power Engineering Review, veebruar 1997, lk 22–24
 
== Välislingid ==
* "''AC/DC: [https://www.pbs.org/wgbh/amex/edison/sfeature/acdc.html What's the Difference]?''". Edison's Miracle of Light, [https://www.pbs.org/wgbh/amex/index.html American Experience]. ([[Public Broadcasting Service|PBS]])
* "''AC/DC: [https://www.pbs.org/wgbh/amex/edison/sfeature/acdc_insideacgenerator.html Inside the AC Generator]''". Edison's Miracle of Light, American Experience. (PBS)
* Kuphaldt, Tony R., "''Lessons In Electric Circuits : [http://www.faqs.org/docs/electric/AC/index.html Volume II – AC]''". March 8, 2003. (Design Science License)
* Nave, C. R., "''[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/accircon.html Alternating Current Circuits Concepts]''". HyperPhysics.
* "''[http://www.ndt.net/article/az/mpi/alternating_current.htm Alternating Current] (AC)''". Magnetic Particle Inspection, Nondestructive Testing Encyclopedia.
* "''[https://web.archive.org/web/20051028183613/http://www.apcs.net.au/nav/article/fg40400.html Alternating current]''". Analog Process Control Services.
* Hiob, Eric, "''[http://www.math.bcit.ca/examples/elex/trig_vectors/ An Application of Trigonometry and Vectors to Alternating Current]''". British Columbia Institute of Technology, 2004.
* "''[https://web.archive.org/web/20040206165242/http://www.tpub.com/neets/book2/index.htm Introduction to alternating current and transformers]''". Integrated Publishing.
* Chan. Keelin, "''[https://web.archive.org/web/20040405163938/http://www.jcphysics.com/toolbox_indiv.php?sub_id=17 Alternating current Tools]''". [http://www.jcphysics.com/ JC Physics], 2002.
* Williams, Trip "Kingpin", "''[http://www.alpharubicon.com/altenergy/understandingAC.htm Understanding Alternating Current], Some more power concepts''".
* "''[http://salestores.com/worldvol.html Table of Voltage, Frequency, TV Broadcasting system, Radio Broadcasting, by Country]''".
* [http://www.technology.niagarac.on.ca/people/mcsele/Rankine.html Professor Mark Csele's tour of the 25&nbsp;Hz Rankine generating station]
* [http://www.henkpasman.com/id1.html 50/60 hertz information]
* [http://www.phys.unsw.edu.au/~jw/AC.html AC circuits] Animations and explanations of vector (phasor) representation of RLC circuits
* Blalock, Thomas J., "''[https://web.archive.org/web/20070607042254/http://www.ieee.org/organizations/pes/public/2003/sep/peshistory.html The Frequency Changer Era: Interconnecting Systems of Varying Cycles]''". The history of various frequencies and interconversion schemes in the US at the beginning of the 20th century
* [http://www.sandroronca.it/areacomune/femas/sinus0_low.html Generating an AC voltage]. Interactive.
* [http://edisontechcenter.org/AC-PowerHistory.html AC Power History and Timeline]
 
[[Kategooria:Elekter]]
139 574

muudatust