Vahelduvvool: erinevus redaktsioonide vahel

Mine navigeerimisribale Mine otsikasti
resümee puudub
PResümee puudub
Resümee puudub
[[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''' – ''alternating current'') on [[elektrivool]], mille suund muutub ajas perioodiliselt. Ajas konstantse suuna ja tugevusega [[elektrivool]] on aga [[alalisvool]] (rahvusvaheline tähis '''DC''' – ''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
 
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. Heli- ja raadiosagedustel ülekantavad signaalid elektrijuhtmetes on samuti näited vahelduvvoolust. Sellised voolud kannavad ühes informatsiooni, näiteks heli (helisagedused) või pilte, mis on üldiselt ka [[modulatsioon (ülekandetehnika)|modulatsioon]]ide kujul AC [[kandelaine]] peal. Selliste voolude sagedus on reeglina märksa kõrgema sagedusega kui elektrienergia transpordil.
 
== Ülekanne, jaotus ja kodune elektrivõrk ==
[[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]]
 
Elektrienergia transport ja jaotus toimub vahelduvvoolu kasutades, sest vahelduv[[pingevahelduvpinge]]t on võimalik [[transformaator]]i ehk trafo abil muuta kõrgemaks või madalamaks. See võimaldab energiat mööda ülekandeliine efektiivselt edasi kanda, kasutades kõrget pinget. Nii on energia transportimisel juhtmete [[takistus]]est tekkiv [[soojuskadu]] väiksem. Selleks, et kõrge pingega elektrivool ohutult tarbijani viia, tuleb vahetult enne tarbijat pinge trafo abil madalamale, ohutumale tasemele viia. Kõrgepingeliinide kasutamine võimaldab oluliselt efektiivsemat elektrienergia ülekannet. Võimsuskadu (<math>P_{\rm w}</math>) juhtmes on voolutugevuse (I) ruudu ja [[takistus]]e (R) korrutis, mida kirjeldab valem:
 
:<math>P_{\rm w} = I^2 R \, .</math>
[[File:Highvoltagetransmissionlines.jpg|thumb|right|265px|[[Kõrgepingeliin]]id toimetavad elektrienergia jaamast pikkade vahemaade taha tarbijani. Pildil olevad elektriliinid asuvad [[USA]] [[Utah|Utah']] osariigis]]
 
[[Kõrgepinge]]l on ka puudusi, näiteks suurem isoleerimisvajadus ning suuremad väljakutsed ohutuks käsitlemiseks. Elektrijaamas toodetakse elektrienergiat sobiva pingega [[elektrigeneraator]]ite jaoks ning seejärel [[pinge (elekter)|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]]igeneraatori [[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 (füüsika)|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.
]]
[[File:Sine wave 2.svg|right|thumb|Siinuslaine üks tsükkel (360°). Katkendjoon tähistab [[ruutkeskmine|ruutkeskmist]] väärtust, mis on u 0,707]]
Vahelduvvoolusid põhjustavad vahelduvpinged. Vahelduvpinget ''v'' saab kirjeldada matemaatiliselt kui [[Funktsioon (matemaatika)|funktsioon]]i ajast järgmise võrrandi kaudu:
 
:<math>v(t) = V_\text{peak}\sin(\omega t)</math>,
 
== 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]]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
}}</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=
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 generaatorelektrigeneraator 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 [[California|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]]itgeneraatorit (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 ==

Navigeerimismenüü