Alalisvool (DC) — definitsioon, omadused ja kasutusalad

Alalisvool (alalisvool ehk "pidevvool") on elektrienergia vool, mis liigub pidevalt ühes suunas — positiivsetest klemmidest negatiivsetesse klemmidesse (või vastavalt elektrivoolu definitsioonile vastupidises suunas, vt allpool) (potentsiaal, poolused).

Põhiomadused

• Alalisvool voolab alati ühes suunas; see eristab seda vahelduvvoolust, mis muudab oma suunda perioodiliselt.
• Alalisvoolu iseloomustavad suurused: pinge (V) ja vool (I). Võimsust arvutatakse samamoodi nagu DC-s — P = V·I.
• Ideaalne alalisvool on ajas konstante, kuid reaalses maailmas võib esineda kõikumisi ja rippel (väikesed pinge- või voolumuudatused).
• Alalisvoolu võib esineda ka pulsisena (näiteks impulsslaadimine või digitaalsete signaalide puhul) — need on siiski kõigi impulsselementide kokkuvõttes suunatud ühes suunas.

Allikad ja genereerimine

Peamised alalisvoolu allikad on akud ja patareid. Lisaks on olemas seadmed, mis toodavad või muundavad alalisvoolu:

• Akkud ja patareid — keemilised allikad, mida kasutatakse laias valikus seadetel (nt mobiilid, taskulambid, sõidukid).
• Päikesepaneelid — genereerivad otseselt alalisvoolu päikesevalgusest.
• Toiteallikate sillad ja alaldid — vahelduvvoolu muundamiseks alalisvooluks kasutatakse erinevaid alaldi- ja sildvõrrandeid ehk silltakistusi ja -alaldeid.
• Tööstuslikes ja teaduslikes seadistustes võib alalisvoolu kanda ka läbi vaakumi, nagu elektron- või ioonikiirte puhul.

Konversioon ja ülekanne

Kuigi alguses arendati elektriülekannet alalisvoolu abil, kasutatakse tänapäeval peaaegu kogu elektrienergia jaotamisel vahelduvvoolu, sest transformatsioon trafo abil võimaldab hõlpsasti muuta pingeid ja vähendada ülekandekaod. Siiski on alalisvoolul oma koht:

• HVDC (kõrgepinge alalisvool) — kõrgepinge alalisvoolu kasutatakse sageli elektri edastamiseks väga pikkadel vahemaadel või meresealülituste puhul, kuna see võib vähendada kadusid ja võimaldab stabiilsemat sidevõrku kahe eri sagedusega süsteemi vahel.
• Paljudes rakendustes muudetakse võrgust tulev vahelduvvool alajaamades alalisvooluks vastavalt seadmete nõudmistele.

Kasutusalad

• Elektroonika: enamik elektroonilisi seadmeid töötab sisemiselt alalisvooluga (toiteplokid alaldavad AC→DC).
• Laadimine: akude ja elektrisõidukite laadimine toimub DC-ga (või algselt AC→DC muundamisel laadija kaudu).
• Traadita ja traadiga side ning andmekeskused kasutavad sageli DC jaotust, et vähendada muunduskadusid.
• DC-mootorid ja -kontrollerid: tööstus- ja transpordirakendused, näiteks teatud liiki liikumis- ja juhtimissüsteemid.
• Päikeseenergia süsteemid ja akusalvestus: PV-paneelid ja salvestussüsteemid on DC-põhised.

Ajaloost ja terminoloogiast

Esimese kommertsliku elektriülekande süsteemi arendas Thomas Edison 19. sajandi lõpus, kasutades alalisvoolu. Hiljem levis vahelduvvool tänu võimele muuta pinget trafodega ja edastada elektrit efektiivsemalt pikkadel vahemaadel.

Algse kokkuleppe järgi määrati voolu suund positiivsest negatiivsesse, enne kui füüsikud mõistsid, et voolu kandvad laengud on tegelikult negatiivsed elektrilaengud ehk elektronid. Seetõttu on tehnilises mõttes elektronide liikumine vastupidine kokkuleppeliselt määratud voolu suunale — siiski jäi terminoloogia samaks.

Mõõtmine, seadused ja ohutus

• Alalisvoolu mõõdetakse samade põhimõtetega nagu vahelduvvoolu: pingemõõtjad (V) ja amprid (A). DC-mõõtmine nõuab seadmeid, mis suudavad usaldusväärselt mõõta pidevat komponendi väärtust.
• Ohutus: alalisvool käitub mõnes olukorras erinevalt kui vahelduvvool (näiteks võib DC põhjustada tugevamat elektrilööki ja teha lülitid kergemini kaetavaks, sest voolu null-punkti ei teki iga perioodi järel). Seetõttu on vajalikud spetsiaalsed kaitsemeetmed ja lülitid.
• Elektrotehnilises arvutuses rakenduvad samad põhivõrrandid (nt Ohmi seadus V = I·R ja võimsuse valem P = V·I), kuid tuleb arvestada ka rippel-, soojus- ja muundustegureid.

Alalisvool on tänapäeval kriitiline osa nii väikesest elektroonikast kui ka suurtähtsatest infrastruktuurilahendustest (nt taastuvenergia integreerimine ja HVDC-ühendused). Selle mõistmine — allikad, omadused, muundamine ja ohutus — aitab valida õigeid tehnoloogiaid ja seadmeid erinevate rakenduste jaoks.

Küsimused ja vastused

K: Mis on alalisvool (DC)?

K: Millised on mõned alalisvoolu allikad?

K: Kes töötas välja kaubandusliku elektrienergia ülekande, kasutades alalisvoolu?

K: Miks kasutatakse tänapäeval enamikus elektrienergia jaotustes vahelduvvoolu?

K: Millal kasutatakse kõrgepinge alalisvoolu?

K: Kuidas muundatakse vahelduvvool seda vajavate rakenduste jaoks alalisvooluks?

Otsing