Elektrivooluring (elektriahel): definitsioon, komponendid ning AC ja DC

Õpi elektrivooluringu (elektriahela) definitsiooni, põhikomponente ning AC ja DC erinevusi — praktiline juhend alalis- ja vahelduvvoolu mõistmiseks.

Elektriline vooluring on tee, milles voolavad pinge- või vooluallika elektronid.

Punkti, kus need elektronid sisenevad vooluahelasse, nimetatakse elektronide "allikaks". Punkti, kus elektronid lahkuvad vooluahelast, nimetatakse "tagasipöördumiseks" või "maandusmaaks". Väljumiskohta nimetatakse "tagasipöördumiseks", sest elektronid jõuavad alati allikasse, kui nad läbivad vooluahela tee.

Elektriahela osa, mis jääb elektronide lähtepunkti ja nende allikasse tagasipöördumise punkti vahele, nimetatakse elektriahela "koormuseks". Elektriahela koormus võib olla nii lihtne, nagu need, mis toidavad kodumasinaid, nagu külmikud, televiisorid või lambid, või keerulisem, nagu näiteks hüdroelektrijaama väljundkoormus.

Elektriahelates kasutatakse kahte liiki elektrienergiat: vahelduvvool (AC) ja alalisvool (DC). Vahelduvvool annab sageli energiat suurtele seadmetele ja mootoritele ning seda toodetakse elektrijaamades. Alalisvool toidab akutoitega sõidukeid ja muid masinaid ning elektroonikat. Muundurid võivad muuta vahelduvvoolu alalisvooluks ja vastupidi. Kõrgepinge alalisvoolu ülekandes kasutatakse suuri muundureid.

Mis on vooluringi põhikomponendid?

Iga vooluring koosneb peamiselt järgmistest osadest:

• Allikas – pinge- või vooluallikas (näiteks patarei, aku, generaator või võrgutoide), mis tekitab elektrivälja ja sunnib laengukandjaid liikuma.
• Juhtmed – materjalid (tavaliselt vask või alumiinium), mis moodustavad elektrivoolu jaoks teekonna.
• Koormus – seade või element, mis tarbib energiat (näiteks lamp, mootor, vastupidavus). Koormus muudab elektrienergia teiseks energiaks (valgus, soojus, mehaaniline töö).
• Tagasitee / maandus – vooluringu osa, mis viib laengukandjad tagasi allikasse; see võib olla isoleeritud juht või maandusühendus ohutuse tagamiseks.
• Juhtimisseadmed ja kaitse – lülitid, kaitsmed, kaitselülitid ja muud komponendid, mis kontrollivad ja kaitsevad vooluahelat ülekoormuse või lühise korral.

Konventsiooniline vool vs. elektronide liikumine

Tavakeeles räägitakse sageli voolust kui positiivsete laengute liikumisest allikast tagasi allikasse — seda nimetatakse konventsionaalseks vooluks. Tegelikult kannavad paljud juhtmetes voolu elektronid, mis liiguvad vastupidises suunas (negatiivsest potentsiaalist positiivse poole). Elektriskeemide ja arvutuste puhul kasutatakse tavaliselt konventsionaalset voolu suunda, sest see on ajalooliselt juurdunud ja töötab kõigi võrrandite puhul korrektselt.

AC ja DC — põhierinevused ja kasutusalad

Alalisvool (DC) — voolu suund ja pinge jäävad aja jooksul samaks. Tüüpilised näited: patareid ja akud (12 V, 24 V jms), USB-toide (5 V DC) ning paljud elektroonikaseadmed. DC on vajalik elektroonika stabilseks tööks ning akude laadimiseks ja tühjendamiseks.

Vahelduvvool (AC) — pinge ja voolu suund muutub perioodiliselt (näiteks sinusoidselt). Kõige tavalisem võrgusagedus Euroopas on 50 Hz ja tavavõrgupinge elamutes 230 V. AC on mugav suurte kauguste ülekandmiseks, sest transformeerimise abil saab kergesti pingeid tõsta ja alandada, vähendades ülekandetegurid ja kaod.

AC ja DC muundamine:

• AC → DC: alaldi (rectifier) koos filtrite ja regulaatoritega annab alalispinge elektroonikale ja laadijatele.
• DC → AC: inverterid (muundurid) toodavad alalisvoolust vahelduvvoolu, näiteks päikesepaneelide süsteemides või UPS-seadmetes.
• Suurte kauguste ülekandes kasutatakse ka kõrgepinge alalisvoolu (HVDC) süsteeme, sest need võivad olla efektiivsemad ja teatud tingimustel odavamad kui AC-ülekanne.

Vooluringu tüübid ja omadused

• Seeriaühendus – komponendid on järjestikku; vool on sama kõigis elementides, kuid pinged jagunevad.
• Rühmaühendus (paralleel) – komponendid on kõrvalkäikudes; iga haru saab sama pinge, kuid vool jaguneb vastavalt takistustele.
• Segatud vooluring – sisaldab nii seeria- kui paralleelühendusi, mis on tavaline elektriskeemides.

Mõõtmine ja ohutus

Elektrisüsteemide mõõtmiseks kasutatakse multimeetreid (pinge, vool, takistus) ja ostsilloskoope (aeg- ja sagedussõltuvuse analüüs). Enne mõõtmisi veendu alati seadme sobivuses ja õigetes ühendustes.

Ohutusnõuanded:

• Enne elektrosete tööde tegemist lülita vool välja ja kasuta kaitselülitit.
• Kasuta isoleeritud tööriistu ja isikukaitsevahendeid (kindad, kaitseprillid).
• Ära tööta pingega, mida sa ei oska õigesti hinnata — kui kahtled, konsulteeri kvalifitseeritud elektrikuga.
• Maandus ja kaitseühendused vähendavad ohtu lühise või isoleerimisrikke korral.

Lõppsõna

Elektrivooluring on põhikontseptsioon, mis kirjeldab, kuidas elektrienergia liigub ja kuidas seda kasutatakse reaalse maailma seadmete toitmiseks. Mõistmine, kuidas allikas, juhtmed, koormus ja maandus koos töötavad, ning teadmised AC ja DC eripäradest on vajalikud nii lihtsate kui keerukamate elektrisüsteemide kavandamiseks, ehitamiseks ja hooldamiseks.

Elektrooniline vooluring

Elektroonilised vooluahelad kasutavad tavaliselt alalisvoolu allikaid. Elektroonilise vooluahela koormus võib olla nii lihtne kui mõned takistid, kondensaatorid ja lamp, mis on kõik omavahel ühendatud, et luua kaamera välk. Või võib elektrooniline vooluahel olla keeruline, ühendades tuhandeid takistusi, kondensaatoreid ja transistoreid. Tegemist võib olla integreeritud vooluahelaga, nagu näiteks mikroprotsessor arvutis.

Takistid ja muud vooluahela elemendid võib ühendada jadasse või paralleelselt. Takistus seeriaviisilistes ahelates on takistuste summa.

Eksperimentaalne elektrooniline vooluring

Küsimused ja vastused

K: Mis on vooluring?

K: Milliseid kahte tüüpi vooluahelaid on?

K: Kuidas nimetatakse punkti, kus elektronid sisenevad elektriahelasse?

K: Kuidas nimetatakse punkti, kus elektronid lahkuvad vooluahelast?

K: Milline osa elektriahelast asub selle alguspunkti ja allika tagasipöördumise vahel?

K: Millised on kaks elektrienergia vormi, mida kasutatakse vooluahelates?

K: Kuidas saab vahelduvvoolu muundada alalisvooluks või vastupidi?

Otsing