Vekselstrøm er elektrisk strøm som skifter retning periodisk, slik at det i gjennomsnitt går like mye strøm i begge retninger langs en leder.

I dagligtale er vekselstrøm et synonym for elektrisk energiforsyning (kraftforsyning eller kraftoverføring) som er basert på sinusformet vekselspenning og vekselstrøm. Se figur 1.

På engelsk brukes betegnelsen «Alternating current» (AC) som betyr vekselstrøm, i motsetning til «Direct current» (DC), som betyr likestrøm.

Vekselstrøm demonstrerte sin overlegenhet i forhold til likestrøm i 1890-årene, og etter dette skjedde en rask utbygging av kraftsystemer over hele verden. Spesielt er vekselstrøm langt bedre når det gjelder overføring av elektrisk energi over store avstander. Likestrøm gir mye større energitap ved overføringen enn vekselstrøm, fordi stor spenning gir stor strømstyrke med likestrøm, og energitapet avhenger av strømstyrken.

Når det sendes vekselstrøm gjennom en motstand, vil spenningsfallet over motstanden variere i takt med strømmen, og spenningen er til enhver tid lik produktet av strøm og resistans (ifølge Ohms lov). Sendes vekselstrøm gjennom en spole, blir det indusert en vekselspenning i spolen. Spenningen er ikke i fase med strømmen, men når sin maksimalverdi før strømmen. Faseforskyvningen blir 1/4 periode . Kobles en vekselspenning til en kondensator, vil denne lades om i takt med vekslingene av spenningen (se kondensator). Strømmen i ledningene til kondensatoren er faseforskjøvet foran spenningen med 1/4 periode.

I en vekselstrømkrets som inneholder både motstander, kondensator og selvinduksjonsspoler, vil det vanligvis være faseforskyvning mellom strømmen og spenningen, og faseforskyvningen kan ha verdier fra −1/4 til +1/4 periode. Se figur 2. Matematisk angis faseforskyvningen ved en vinkel, som settes slik at en hel periode svarer til en vinkel på 360° eller 2π radianer. Fasevinkelen for en vekselstrømkrets kan da få verdier fra −90° til +90° (fra −π/2 til +π/2 radianer).

I stedet for å angi momentanverdien for en vekselstrøm (altså strømmen i ett bestemt tidspunkt eller som funksjon av tiden), angis ofte dens effektivverdi. For sinusformet vekselstrøm og spenning er effektivverdien lik 1/√2 ganger maksimalverdien. Middelverdien av effekten som en vekselstrøm avgir til en krets, er lik produktet av effektiv strøm, effektiv spenning og effektfaktoren. For en krets med bare ohmsk motstand er effektfaktoren lik 1.

Vekselstrøm har store fordeler fremfor likestrøm både ved fremstilling i generatorer, ved overføring i fordelingsnettet og ved bruk for drift av motorer og apparater. Ved elektrisitetsforsyning kan vekselstrøm transformeres opp til høy spenning for energioverføring over store avstander med små tap, og deretter transformeres ned til lav spenning i lokale fordelingsnett. Man kan dermed sende mye energi med lite strøm. Ved luftstrekk og lave energioverføringer i kabler blir strømtapene relativt beskjedne. Overføring av høye spenninger i kabler vil imidlertid gi uakseptable tap. Man benytter da likespenning, til tross for at man må installere omformere i begge ender av kabelen.

På verdensbasis er nesten all energiforsyning basert på vekselstrøm. I Norge og mange andre land (blant annet de fleste land i Europa) brukes tre-fase vekselstrøm (se figur 3) med frekvens 50 Hz i det offentlige strømfordelingsnettet. Spenningen i lokalnettet har en effektivverdi på ca. 230 volt mellom to faseledninger. I USA og en del andre land brukes vekselstrøm med frekvens 60 hertz og spenning ca. 115 volt i lokalnettet.

Tre-fase vekselstrøm kan overføres over 3 ledninger med spenninger som er faseforskjøvet innbyrdes med 120°. I Norge skal tre-fase-installasjoner ha en ikke-strømførende jordledning i tillegg til de 3 faseledningene. Jordledningen brukes som sikkerhet mot skader ved overledning eller kortslutning i ledningsnettet eller i tilkoblet utstyr. I Norge og de fleste land i Vest-Europa brukes også et fem-leder-system, der det i tillegg til de 3 faseledningene er en strømførende såkalt null-leder (som har tilnærmet jordpotensial) og dessuten en ikke-strømførende jordledning. Se også elektrisitet (elektrisitetsforsyning).

Vekselstrøm med høy frekvens (opptil flere megahertz) brukes til induktiv og dielektrisk oppvarming (se elektrisk oppvarming), til medisinsk behandling og på en rekke områder innen elektronikk. Vekselstrøm brukes også i telekommunikasjon som radio-, fjernsyn- og radarteknikk.

Den første kjente generatoren som produserer en spenning basert på elektromagnetisk induksjon ble konstruert i 1832 av den franske instrumentmakeren Hippolyte Pixii.

Den tyske ingeniøren og fysikeren Moritz Hermann von Jacobi regnes som den første til å lage en praktisk anvendbar elektrisk motor. Han konstruerte en motor som kunne yte 300 W. Under en demonstrasjon i St. Petersburg i 1838 brukte han motoren til å drive en båt som fraktet 14 personer over en elv. I årene etter og fremt til 1866 ble det tatt ut hele 100 patenter på elektriske motorer bare i England.

Det ble gjort stadig nye fremskritt for å utvikle en brukbar elektrisk motor, men problemet var den store vekten og kostnadene for batteriene.

Høsten 1884 ble de tre ingeniørene Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy og Miksa Déri (kjent som ZBD-gruppen) tilknyttet Ganz-fabrikken. I 1885 sendte de inn en felles patentsøknad for nye transformatorer (senere kalt ZBD-transformatorer). I løpet av høsten 1884 hadde Ganz-fabrikken utført leveringer av verdens fem første høyeffektive transformatorer for vekselstrøm. I 1886 konstruerte ZBD-gruppen verdens første kraftverk (Roma-Cerchi kraftverket) som brukte vekselstrømsgeneratorer til å forsyne et elektriske nettverket.

Den første som både konstruerte en trefasemotor og lyktes med å få satt den i produksjon var sveitsisk-russeren Mikhail Dolivo-Dobrovolskij. Han var sjefingeniør ved AEG, og i 1889 fant han opp en trefase asynkronmotor. Han fant også opp en transformator som han fikk patent på i 1889. Det var først med trefasesystemet at en fikk motorer som ga stor praktisk nytte. Årsaken til dette er at med trefasestrøm er det mulig å få et roterende magnetfelt.

Gjennombruddet for vekselstrøm regnes å være Den internasjonale elektrotekniske utstillingen i 1891 i Frankfurt am Main i Tyskland. Til denne utstillingen ble det bygget en 175 km lang kraftlinje med en spenning på 25 kV. Dette var en trefaselinje som kunne overføre 220 kW, og energien ble brukt til å drive en pumpe som sørget for vann i et kunstig fossefall i en av paviljongene på utstillingen. Til denne utstillingen kom det ingeniører og industriherrer fra hele verden. Disse skjønte raskt at bare et system baser på vekselstrøm kan overføre store energimengder over store avstander. De store foretakene som Siemens, General Electric og Westinghouse begynte etter dette å utvikle systemer og komponenter for vekselstrøm.

Utover i 1890-årene gjorde Nikola Tesla store fremskritt med systemer for vekselstrøm. Tesla arbeidet med eksperimenter med tofasede generatorer, overføringslinjer med fire faseledere og tilhørende motorer. Han ble engasjert av Westinghouse for å bygge den første kraftledningen i USA for trefase vekselspenning. Denne stod ferdig i 1896 og gikk fra Niagara Falls til Buffalo i delstaten New York. Synkronmaskinen er i dag så å si enerådende som generator. Synkrongeneratorens navn henspiller på at frekvensen til spenningen som blir generert er proporsjonal med turtallet til rotoren.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om eller kommentarer til artikkelen?

Kommentaren din vil bli publisert under artikkelen, og fagansvarlig eller redaktør vil svare når de har mulighet.

Du må være logget inn for å kommentere.