Vahelduvvool (AC) – määratlus, 50/60 Hz, siinuslaine ja kasutus

Vahelduvvool (AC) on elektrivool, mille suurus ja suund varieerub, erinevalt alalisvoolust, mille suund jääb püsivaks. See tähendab, et voolu suund vooluahelas muutub pidevalt edasi‑tagasi. Vahelduvvoolu tekitab ja kasutab iga seade, mis toodab pinget või voolu perioodiliselt muutuvana — näiteks generaatorid, invertersüsteemid ja mitmed elektroonikaseadmed.

Põhimõisted: sagedus, amplituud ja RMS

Vahelduvvoolu omadused kirjeldatakse peamiselt järgmiste suurustega:

• sagedus — mitu korda vool või pinge kordub sekundi jooksul; ühikuks on herts (Hz). Tavalised võrgusagedused on 50 Hz ja 60 Hz;
• amplituud (tipuväärtus) — maksimaalne pinge või voolupiik;
• RMS‑väärtus (root mean square) — efektiivne (soojuslik) väärtus, mida kasutatakse tavaliselt voolu ja pinge suuruse väljendamiseks (näiteks koduses 230 V võrgus on 230 V RMS, mitte tipuväärtus).

50 Hz vs 60 Hz

Elektrivõrkudes kasutatakse peamiselt kahte standardit: 50 Hz ja 60 Hz. Enamik Euroopat, Aasiat ja Aafrikat kasutab 50 Hz, Põhja‑Ameerika ja mõned teised piirkonnad kasutavad 60 Hz. Sageduse valik mõjutab transformaatoreid, mootorite pöörlemiskiirust ja süsteemi disaini (näiteks komponente ja filtreid). Väikeseid erinevusi esineb ka elektritarbimise ümber ja harmoonide käitumises, kuid igapäevakasutuses mõjub 50/60 Hz suurel määral ühtemoodi.

Siinuslaine ja muud lainekujud

Vahelduvvooluahela tavaline lainekuju on siinuslaine, sest see tagab kõige tõhusama energia ülekande ja tekitab minimaalse arvu harmoonilisi sagedusi, mis võivad seadmeid rikkeohtlikult koormata. Siinuslaine tekib loomulikult generaatorites, kus magnetvälja pöörlemine sünnitab ühtlast perioodilist muutust.

Kuid teatud rakendustes kasutatakse erinevaid lainekujusid, näiteks kolmnurk‑ või ruutlaineid. Odavamad jõuinverterid toodavad sageli peaaegu ruutlainekujulist väljundit, kus pinge ümberlülitus toimub kiirelt ja vahepealisi väärtusi ei esine — see on lihtne, kuid sisaldab palju harmonikuid ja ei sobi kõigi koormustega. Kolmnurk- või kolmekandilised vormid võivad olla kasulikud teatud juhtimissüsteemides või signaalitöötluses.

Kolmefaasiline vahelduvvool

Suurem osa elektrijaotusest tööstuslikes ja suurtes võrguosades toimub kolmefaasilise süsteemiga, kus on kolm faasi, mille lainekujud on teineteisest nihkes 120 kraadi. Kolmefaasiline süsteem võimaldab efektiivset suure võimsuse ülekandmist, stabiliseerib pinget ja võimaldab kolmemõõtmeliste mootorite otsekäivitust.

Kust vahelduvvool tuleb ja kuidas see kodudeni jõuab

Suuremahuline elektrienergia toodetakse tavaliselt generaatorites ja edastatakse kõrgepingeliselt võrkudes — see on tavaliselt see, mida mõeldakse, kui öeldakse, et vahelduvvool tuleb elektrijaamast. Pinge muudetakse trafodega vastavalt vajadusele: väga kõrge pinge pikkadeks ülekandeks (vähem voolukaotust) ja väiksem pinge hargmiste kaudu majapidamisteni. Võrgu sagedus (nt 50 või 60 Hz) määratakse generaatorite pöörlemiskiirusega ja see on üle kogu võrgu sünkroonitud.

Signaalid ja andmeedastus

Lisaks võrgupingele on vahelduvvoolu näited ka heli‑ ja raadiosignaalid, mis on aja jooksul muutuvad elektrilised pinged või voolud. Näiteks audio‑signaalid on vahelduvvoolu kujul ja neid võidakse juhtmega edastades töödelda, võimendada ja salvestada. Selliseid signaale on sageli vaja de‑kodeerida või demoduleerida, kui need on elektrijuhtme kaudu edastatud; oluline eesmärk on taastada vahelduvvoolusignaalile kodeeritud (või moduleeritud) teabe sisu.

Muundamine ja kasutus

Vahelduvvoolu saab hõlpsasti muundada teistsuguse pinge tasemele trafode abil — see on üks peamisi põhjuseid, miks AC sobib suurepäraselt energia jaotamiseks. Kui on vaja alalisvoolu, kasutatakse võrgust saadud AC‑st pöördvoolureeglitega võrktüüpi muundureid (tuntud kui alaldi või inverterid, sõltuvalt teisendusest).

Eelised ja puudused

• Eelised: lihtne pinge muundamine trafodega, tõhus pika relatsiooni ülekandmine, hästi sobiv tööstuslike mootori‑rakendustega ja kolmefaasilise süsteemi kasutamiseks.
• Puudused: AC‑pinge ja -voolu olemasolu mitmesageduslike harmoonikute tõttu võib tekitada lisakaod ning teatud elektroonika eelistab stabiilset DC‑sisendit; nõuab ka erilist maandamist ja kaitsemeetmeid ohutuse tagamiseks.

Ohutus ja kaitse

Vahelduvvool võib olla ohtlik ja elektrilöögi risk sõltub pingest, voolust ja kokkupuutu kestusest. Seetõttu kasutatakse maandust, kaitselülitusi, kaitsmeid ja automaatseid katkestajaid. Trafod, isolatsioon ja pingetasemete nõuetekohane märgistamine on samuti olulised ohutuse tagamiseks.

Kokkuvõttes on vahelduvvool universaalne ja paindlik lahendus eneriga seotud rakendustele — alates kodusüsteemidest ja tööstuslikest võrkudest kuni signaalitöötluse ning toiteelektroonikani. Sõltuvalt rakendusest valitakse sobiv lainekuju, sagedus ja muundustehnika, et tagada efektiivsus, ohutus ja seadmete töökindlus.

Küsimused ja vastused

K: Mis on vahelduvvool (AC)?

K: Milline on vahelduvvooluahela tavaline lainekuju?

K: Kas teatud rakendustes kasutatakse erinevaid lainekuju?

K: Millist tüüpi lainet toodavad odavad võimsusinverterid?

K: Kust pärineb vahelduvvool?

K: Mitu korda muutub elektri suund iga sekund tagasi?

K: Milliseid näiteid vahelduvvoolusignaalidest edastatakse elektrijuhtme kaudu?

Otsing