Lihtne viis vahelduv- ja alalisvoolude erinevuse visualiseerimiseks on joonistada nende suund ja aeg. Esimene näeb välja nagu sirgjoon ja teine näeb välja nagu laineline joon. Selle kõvera üks tsükkel on graafiline alus selle kohta, kuidas vahelduvvool on näidatud ahelatel ja piktogrammid (~) ja akronüümist AC (vahelduvvool) on saanud väljakujunenud mõiste tekstid.
Sisu
- DC ja AC tähistused
- Edisoni ideed
- Tesla võit
- Renessansiaegne elektrisõda
DC ja AC tähistused
Kõigil juhtidel on vabad elektronid, mis võivad potentsiaalsete erinevuste olemasolul liikuda. Seda laetud osakeste voolu suletud ahelas nimetatakse elektrivooluks. Kui elektrilaeng liigub ainult ühes suunas, nimetatakse seda nähtust konstantseks elektrivooluks, selle tähistus "-» või DC (alalisvool).
Vahelduvvoolu määratluse võib tuletada vastupidisest: see on laengute liikumine, mis muudab perioodiliselt oma suunda. Kõlari vibratsioonil võib olla väga erinevaid vorme, näiteks:
- saehammas;
- ruut;
- kolmnurkne;
- sinusoidne.
Sinusoidne vahelduvvool on seda tüüpi energia
Järgmine näide võib illustreerida elektriettevõtete vahelduvvoolu kasutamise eeliseid. Oletame, et tootmisvõimsusena on elektrijaam, mis on võimeline tootma 1 miljon vatti energiat.
Selguse huvides on mugav kaaluda kahte transpordiviisi:
- Kandke üle võrkude 1 miljon amprit pingega 1 volt.
- Voolu ülekandmine jõuga 1 amper ja pingega 1 miljon volti.
Peamine erinevus on järgmine: teisel juhul on energia ülekandmiseks vaja väikese paksusega juhti, samal ajal kui esimesel juhul ei saa loobuda tohutu ristlõikega kaablist. Seetõttu muundavad energiaettevõtted toodetud energia transportimiseks väga kõrgepingeliseks vahelduvvooluks ja lahkuvad seejärel tarbijate vahetus läheduses.
Teine AC eelis kommunaalteenuste jaoks on vahelduvvoolugeneraatorite ülim töökindlus ja lihtsus võrreldes dünamotega. Lisaks on AC-l järgmised eelised:
- võimaldab kasutada suhteliselt tõhusamaid, lihtsamaid ja töökindlamaid elektrimasinaid;
- ei hävita lülitusseadmeid.
Kogu elektroonika ja digitaaltehnoloogia tarbivad alalisvoolu. Reeglina genereeritakse alalisvool elektrokeemiliste ja galvaaniliste elementide abil. Need on suhteliselt kallid viisid elektri tootmiseks, seetõttu on seadmeid palju, muutes vahelduvvoolu alalisvooluks, mis põhineb voolu vastassuunalise voolu takistamisel ja sinusoidi alaldamisel filtrite abil.
Koos trafodega võimaldavad alaldid saada alalisvooluvõrgust vajalikud parameetrid ja kõrge kvaliteedi.
Edisoni ideed
Tänapäeva elu ei kujuta ette ilma elektrita. Selleks, et seda saaks kasutada tsiviil- ja tööstuslikel eesmärkidel, tuleb seda mitte ainult toota, vaid ka tarbijale tarnida. Esimene, kes otsustas suurtes kogustes elektrit toota ja seda tehastesse, kontoritesse ja leibkondadest, oli Ameerika ettevõtja Thomas Edison – üks mõjukamaid leiutajaid maailm.
Oma idee elluviimiseks projekteeris ja katsetas ta alalisvoolu aurugeneraatoreid, elektriarvestiid ja jaotusvõrkude elemente. Valgustuse esimene elektrifitseerimine ei olnud sel ajal lihtne. Gaasiettevõtete omanikud nägid Edisonis ohtlikku konkurenti, kes võib nende ettevõtted ohtu seada. Kuid miski ei suutnud leiutajat peatada. 1882. aasta septembris ei takistanud teda kaablite kõnniteedele paigaldamise kolossaalne hind ega õnnetused katsetamise ajal. käivitada esimene viiest tuhandest lambist koosnev valgustusvõrk.
Viie aasta jooksul töötas enam kui 50 Edisoni elektrijaama. Vaatamata suurele edule ei suutnud leiutaja laiendada oma elektrivõrkude geograafiat kogu maailmale. Elektrijaamade asukohtade elanikud kaebasid suitsu ja tahma üle ning sundisid Edisoni rajatisi sulgema. Seega lõpetasid esimese põlvkonna söeküttel töötavad elektrijaamad lõpuks tegevuse, andes teed tuhandetele uutele vahelduvvoolu tootvatele elektrijaamadele.
Tesla võit
Suurem osa varasest jaotatud elektrist oli alalisvool ja tarbijatele puudusid standardid. Näiteks kaarlambid vajasid mitu tuhat volti, Edisoni hõõglambid aga 110 volti. Siemensi trammid töötasid 500 V pingega ja tehaste tööstuslikud mootorid võisid mitu korda erineda stress.
Elektriettevõtted olid sunnitud looma ja hooldama korraga mitut tootmisliini erinevate koormusklasside jaoks. Võime öelda, et alalisvooluvõrkude laialdasel kasutamisel oli kaks peamist takistust:
- generaatorite lähedus koormustele;
- raskused erinevate pingete tagamisel.
Horvaatia teadlane Tesla, kes töötas koos Edisoniga, uskus, et vahelduvvoolu kasutamine elektrivõrkudes võib need probleemid lahendada. Nende lahkarvamus vahelduvpinge väljavaadete osas lõppes sellega, et vahelduvvoolu uurija jätkas tööd Edisoni konkurendi George Westinghouse'iga. Tesla ei avastanud vahelduvvoolu, kuid oli sünkroongeneraatori ja asünkroonmootori leiutaja, samuti mitmefaasiliste seadmete tööd puudutavate patentide autor.
Vahelduvvoolu eelised tootmise ja transpordi jaoks olid ilmselged, kuid Edison, selle tunnistamise asemel, jäi DC reklaamimisel kindlaks ja püüdis oma konkurente diskrediteerida. Ta hakkas populariseerima ideed, et AC on loomadele ja inimestele surmav. Näiteks sai Edisonist isegi vahelduvvoolu elektritooli leiutaja eesmärgiga võita maad vahelduvvoolu ohtude teemalise propagandakampaania jaoks.
Kuigi reklaamivastane kampaania oli edukas ja andis käegakatsutavaid tulemusi, jäi Edisoni võidurõõm üürikeseks. 1892. aastal leiutas saksa füüsik Pollack mehaanilise alaldi, millega sai võimalikuks elektriakude laadimine ning alalisvoolutranspordi olemasolu kaotas oma viimase õigustuse. Juba 1893. aastal valgustati vahelduvvooluvõrgust Chicago maailmanäitus, mis oli 20. sajandi vahelduvvoolu võidukäigu alguseks ning leiutajatevahelised võistlussündmused läksid ajalukku "hoovuste sõjana".
Renessansiaegne elektrisõda
Taastuvate energiaallikate kasutamise kasv 21. sajandil on viinud väikesemahuliste detsentraliseeritud elektrivõrkude tekkeni, mille elektritarbimine on peaaegu tootmiskohas. Selliste elektrisüsteemide puhul ei oma vahelduvvoolu eelised tähtsust, seetõttu on alalisvoolu kasutamine neis õigustatud.
Kaasaegne suure jõudlusega elektroonika on teinud edusamme energia muundamisel ja suudab alalisvoolu muundada kuni 800 kV pingevahemikus. volti suurema efektiivsusega kui vahelduvvoolu elektriautodel. Need uuendused said aluseks kõrgepinge alalisvoolu (HVDC) liinide ehitamisel, et viia päikese- või tuuleenergia ülejääk ühest piirkonnast teise. HVDC ehitus maksab umbes kaks korda rohkem kui traditsioonilised, kuid kogu süsteemi väikeste kadude ja keskkonnasõbralikkuse tõttu on selline investeering õigustatud.
Üha enam elektriseadmeid vajavad alalisvoolu. Arvutid, LED-valgustid ja muud elektroonikaseadmed peavad vooluvõrku teisendama ja alaldama. Elektrisõidukite arv peaks lähiaastatel kasvama. Kaasaegsed alalisvoolu jaotussüsteemid suudavad aja jooksul kodust muundurid kõrvaldada pinge ja fotogalvaanilisi elemente on lihtne integreerida majapidamis- ja tööstusvõrkudesse ning akud.
Kõrgepinge alalisvoolu ülekanne on nüüdseks end tõestanud ja end tõestanud tehnoloogia sellistes riikides nagu Saksamaa ja Hiina. Kuid praktiliseks laialdaseks rakendamiseks on veel palju lahendamata probleeme. Kuidas mõlemad tehnoloogiad koos eksisteerivad? Millised on tõhusad turvameetmed? Milliseid tehnilisi ja juriidilisi samme on vaja alalisvoolule üleminekuks? Selliste muudatuste eelised ja ulatus on nii olulised, et ilmselt räägime paradigma muutusest.
