duimnael|265x265px|Wisselstroom (groen kurwe). Die horisontale as is tyd en die vertikale as spanning. Wisselstroom (WS) is 'n elektriese stroom wat periodies van rigting verander, in teenstelling met gelykstroom (GS) wat net in een rigting vloei. Wisselstroom is die vorm van elektrisiteit wat gebruik word in transmissie en verskaf word vir huishoudelike gebruik. Die elektrisiteit beskikbaar in 'n huis by 'n muurprop is dus wisselstroom. Die terme wisselstroom en gelykstroom word gebruik om na 'n veranderende stroom of spanning te verwys. Die algemene engelse afkortings vir wisselstroom en gelykstroom is AC en DC onderskeidelik.
Die algemene golfvorm van wisselstroom vir elektrisiteitsvoorsiening is 'n sinusgolf. In sommige toepassings word ander golfvorms gebruik soos driehoek- of vierkantsgolwe. Klank- en radiogolwe wat op elektriese geleiers gedra word is ook voorbeelde van wisselstroom. Hierdie wisselstroom dra inligting soos klank of video en word meestal gedra deur die modulasie met 'n WS draersein met 'n hoë frekwensie.
Geskiedenis Die eerste alternator om wisselstroom op te wek was 'n dinamo kragopwekker gebaseer op Michael Faraday se beginsels en dit was vervaardig deur die Franse instrumentmaker Hippolyte Pixii in 1832. Pixii het later 'n kommutator by sy toestel bygevoeg om gelykstroom op te wek, wat op daardie stadium meer gebruik was. Die eerste opgeskrewe praktiese toepassing van wisselstroom was deur Guillaume Duchenne, die ontwikkelaar van elektroterapie. In 1855 het hy aangekondig dat wisselstroom beter was as gelykstroom vir elektroterapeutiese aktivering van spiersametrekkings.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. Wisselstroom tegnologie het eerste ontwikkel in Europa weens die werk van Guillaume Duchenne in die 1850's, die Hongaarse Ganz Works maatskappy in die 1870's en in die 1880's deur Sebastian Ziani de Ferranti, Lucien Gaulard, en Galileo Ferraris.
In 1876 het die Russiese ingenieur Pavel Yablochkov 'n beligtingstelsel ontwerp met stelle induksiespoele geïnstalleer langs 'n hoë-spanning WS lyn. Die primêre spoele het drywing oorgedra na die sekondêre spoele wat dan aan een of meer gloeilampe van sy eie ontwerp verbind was. Dit het voorkom dat die hele stroombaan onderbreek word wanneer een gloeilamp faal. In 1878, het die Ganz factory in Budapest, Hongarye, begin om toerusting vir elektriese beligting te vervaardig en teen 1883 het hulle meer as 50 stelsels geïnstalleer. Hulle WS stelsels het gloeilampe, kragopwerkkers en ander toerusting bevat.
Transformators Wisselstroom stelsels kan transformators gebruik om die spanning te verander om hoë spannings te gebruik vir transmissie met lae energieverliese en lae spannings vir opwekking en verbruik. 'n Bipolêre oopkern transformator is ontwerp deur Lucien Gaulard en John Dixon Gibbs en was gedemonstreer in Londen in in 1881. Hulle het die uitvindsel ook in Turyn uitgestal in 1884. Hierdie vroeë induksiewindings met oop magnetiese stroombane was baie oneffektief met drywingsoordrag. Tot rondom 1880 was die kragoordrag vanaf hoë-spanning transmissielyne na 'n laespanning las 'n serie stroombaan. Oopkern transformators met 'n verhouding naby 1:1 was in serie verbind om 'n hoë spanning toe te laat vir transmissie met 'n lae spanning wat aan gloeilampe voorsien was. Die inherente gebrek aan hierdie metode was dat al die ander toestelle in die stroombaan afgeskakel het wanneer een afgeskakel word, a.g.v. die serie verbinding. Baie verstelbare transformators was ontwerp om die probleem aan te spreek, insluitende metodes waar die kern verstel word of waar die magneetveld met 'n deel van 'n winding omseil word. Gelykstroom stelsels het nie hierdie probleme gehad nie, wat dit op daardie stadium 'n voordeel gegee het bo wisselstroom.
Pioniers regs|duimnael|Die Hongaarse "ZBD" Span (Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy, Miksa Déri) regs|duimnael|Die prototipe van die ZBD transformator uitgestal in die Széchenyi István gedenkuitstalling in Nagycenk in Hungary In die herfs van 1884, het Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy en Miksa Déri (ZBD), drie ingenieurs van die Ganzfabriek, vasgestel dat oopkern toestelle onprakties is en nie spanning betroubaar kan reguleer nie.Hughes, p. 95 In hulle gesamentlike 1885 patentaansoeke vir nuwe transformators (later bekend as ZBD transformators), het hulle twee ontwerpe beskryf met geslote magnetiese bane, waar koper windings rondom 'n ysterkern gedraai was of deur 'n ysterdraad kern omring was. In albei ontwerpe, het die magneetveld tussen die primêre en sekondêre windings byne heeltemal binne die ysterkern beweeg sonder 'n pad deur die lug. Die nuwe transformators was 3.4 keer meer effektief as die opekern bipolêre toestelle van Gaulard en Gibbs. DIe Ganz fabriek het in 1884 die wêreld se eerste vyf hoë effektiwiteit WS transformators gebou. Hierdie eerste produksie het die volgende spesifikasies gehad: 1 400 W, 40 Hz, 120:72 V, 11.6:19.4 A, verhouding 1.67:1, enkelfase.
Die ZDB patente het twee groot interafhanklike innovasies bevat: Eerstens om laste in parallel te skakel en tweedens om hoë draaiverhoudings toe te laat sodat hoër spannings in transmissie gebruik kan word (aanvanklik 1400 tot 2000 V) in vergelyking met die lasspanning (aanvanklik 100 V). Met die paralelle erlektrisiteitsverspreidingstelsels, was dit eindelik tegnies en ekonomies haalbaar om elektrisiteit aan huise, besighede en fabrieke te voorsien.Official gazette of the United States Patent Office: Volume 50. (1890)
Wisselstroom kragstelsels was baie vinnig aangepas en ontwikkel na 1886 a.g.v. die vermoë om elektrisiteit effektief te versprei oor lang afstande, wat die beperkings van GS stelsels oorkom het. In 1886 het die ZBD ingenieurs die wêreld se eerste kragstasie ontwerp wat WS kragopwekkers gebruik het om krag te voorsien aan 'n paralelle elektriese netwerk. Hierdie was die Rome-Cerchie kragsentrale. Die vertroue in WS tegnologie het toegeneem tot Ganz Works 'n groot deel van Rome van WS elektrisiteit voorsien het in 1886. duimnael|Westinghouse vroeë WS stelsel in 1887 (US patent 373035) In die Verenigde Koninkryk het Sebastian de Ferranti, wat die WS generators en transformators in Londen ontwerp het sedert 1882, die WS stelsel by die Grosvenor Gallery kragsentrale vir die Londen Elektrisiteitsvoorsiening Korporasie (LESCo) herontwerp in 1886, insluitende sy eie alternator ontwerpe en transformator ontwerpe soortgelyk aan dié van Gaulard en Gibbs.Hughes, Thomas P. (1993). Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880-1930. Baltimore: The Johns Hopkins University Press. p. 98. ISBN 0-8018-2873-2 In 1890 het hy hul kragsentrale by DeptfordFerranti Timeline – Museum of Science and Industry (Accessed 22-02-2012) ontwerp en die Grosvenor Gallery stasie oorkant die Teems in 'n elektriese substasie omskep, wat die weg aangewys het om ouer stasies te integreer in 'n algehele WS stelsel.Hughes, Thomas P. (1993). Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880-1930. Baltimore: The Johns Hopkins University Press. p. 208. ISBN 0-8018-2873-2
In die Verenigde State het William Stanley, Jr. een van die eerste praktiese toestelle ontwerp om WS krag effektief tussen geïsoleerde stroombane oor te dra. Hy het pare windings rondom 'n gemeenskaplike ysterkern gedraai. Hierdie induksiespoel was 'n vroeë transformator. Stanley het gewerk aan Europese ontwerpe soos die Gaulard en Gibbs transformator vir die entrepreneur George Westinghouse wie WS stelsels begin bou het in 1886. Die verspreiding van WS stelsels van Westinghouse en ander het teenstand gewek in 1887 van Thomas Edison ('n voorstaander van GS) wie probeer het om WS af te maak as te gevaarlik vir gebruik in 'n publieke veldtog genoem die "Oorlog van Strome". In 1888 het WS stelsels verdere lewensvatbaarheid bereik met die bekendstelling van 'n funksionele WS motor. Hierdie ontwerp, 'n induksiemotor, was onafhanklik ontwerp deur Galileo Ferraris en Nikola Tesla (met Tesla se ontwerp gelisensieerd deur Westinghouse in die VSA). Hierdie ontwerp was verder ontwikkel na die moderne praktiese driefase vorm deur Mikhail Dolivo-Dobrovolsky en Charles Eugene Lancelot Brown.Heertje, Arnold, Mark Perlman Evolving Technology and Market Structure: Studies in Schumpeterian Economics, page 138
Transmissie, verspreiding en huishoudelike elektrisiteitsvoorsiening duimnael|265x265px|'n Skematiese voorstelling van langafstand elektrisiteitstransmissie. G=Generator, U = Verhogings-transformator, V = Spanning aan die begin van die transmissielyn, I = Stroom in die lyn, R = Totale weerstand van die lyn, Pt = Drywing wat aan die transmissielyn gelewer word, Pw = Drywing wat verlore gaan in die transmissielyn Pe = Drywing wat die einde van die transmissielyn bereik, D = Verlagingstransformator, C=Verbruikers. Elektrisiteit word versprei as wisselstroom omdat WS spanning maklik verhoog of verlaag kan word met 'n transformator. Dit laat toe dat die elektrisiteit effektief versprei kan word met hoë-spanning transmissielyne en dan verminder word na laer spannings vir gebruik. Die hoër spanning in die transmissielyn lei tot minder drywingsverlies a.g.v. die weerstand van die lyn. Dit is omdat dieselfde drywing minder stroom benodig by 'n hoër spanning. Die drywingsverlies in die transmissielyn
waar I die stroom is en R die weerstand. Vir dieselfde drywing word die stroom halveer as die spanning verdubbel en dus is die drywingsverlies vier keer minder by hierdie hoër spanning.
Drywing word gegee as die produk van spanning en stroom as
Die spanning in transmissielyn is dus honderde kilovolts, wat dan verlaag word na 100 V tot 240 V vir huishoudelike gebruik. Die elektrisiteit gelewer in Suid-Afrika is 220-240 V. regs|duimnael|265x265px|Hoë-spanning transmissielyne. Hoë spannings het nadele, soos dat beter isolasie benodig word en dat dit oor die algemeen moeiliker is om daarmee te werk. In 'n kragsentrale word elektrisiteit opgewek teen 'n spanning wat die generator kan hanteer en dan verhoog deur 'n verhogings-transformator na 'n hoër spanning vir transmissie. Naby die las word die spanning weer verlaag na die gewenste spanning vir die toerusting.
Driefase kragopwekking is baie algemeen. Die eenvoudigste manier om dit op te wek, is drie aparte windings in die stator wat 120° (een derde van 'n volledige 360° fase) uitmekaar geplaas word. Drie stroomgolwe word dan opgewek met dieselfde grootte maar 120° uit fase met mekaar. Indien die las van 'n driefase sisteem gebalanseerd is tussen die fases, vloei geen stroom na die neutrale punt nie.
Om driefase krag te gebruik, word 'n vier-geleier sisteem gewoonlik gebruik. Wanneer die spanning verlaag word, word 'n transfomator met 'n Delta primêre kant en Ster sekondêre kant gebruik omdat dit nie nodig is vir 'n neutraal aan die toevoerkant nie. Vir klein verbruikers (soos 'n huis) word slegs 'n enkelfase en die neutraal na die verbruiker aangelê maar vir groter verbruikers word al drie fases en die neutraal na die verspreidingsbord aangelê. Vanaf die driefase verspreidingsbord, kan beide enkelfase en driefase na toerusting gaan.
WS kragvoorsiening frekwensies