Växelström och Tesla: AC, DC och symboler

Vad är växelström?

Växelström är elektrisk ström eller spänning som periodiskt ändrar riktning. Den beskrivs vanligtvis med frekvens och vågform. Sinusform är vanlig, men växelström behöver inte ha just den vågformen. Växelström kallas AC, en förkortning av engelskans alternating current.

I Sverige har lågspänningssystemet normalt frekvensen 50 hertz. Det betyder att en hel period upprepas 50 gånger per sekund. I en ideal sinusformad växelström passerar strömmen noll och byter riktning två gånger under varje period, alltså 100 riktningsbyten per sekund.

En viktig teknisk fördel med växelström i elnätet är att spänningen enkelt kan ändras med transformatorer. El kan därför överföras med hög spänning och lägre ström, vilket minskar resistiva förluster för en given överförd effekt. Svenska kraftnät beskriver växelströmmens användning i kraftsystemet.

Likström eller växelström i hus?

I ett vanligt svenskt vägguttag finns växelström. Svenska lågspänningssystem anges normalt som 230/400 volt växelström: 230 volt är normalt spänningen mellan fas och neutralledare, medan 400 volt är spänningen mellan faserna i ett trefassystem. Frekvensen är normalt 50 hertz. Elsäkerhetsverket förklarar märkningar på elprodukter.

Det betyder inte att alla delar i en apparat arbetar med växelström. En extern nätadapter omvandlar vanligtvis växelström från vägguttaget till likström eller till en annan spänning som elektroniken och batteriet behöver. Mobiltelefoner, datorer och många andra produkter använder därför ofta likström internt, även om de ansluts till husets växelströmsnät.

Skillnaden mellan likström och växelström

Likström, DC (direct current), har ingen periodisk riktningsväxling. Batterier och solcellssystem är exempel på likströmskällor. Grundskillnaden är alltså att AC periodiskt ändrar riktning, medan DC inte gör det.

Ingen av strömtyperna är alltid bäst. Växelström kan enkelt transformeras till andra spänningsnivåer, vilket är centralt i elnätet. Likström används bland annat i batterier och vid solcellsproduktion. Den används även för långväga elöverföring, exempelvis i sjökablar och för att koppla samman kraftsystem som inte är synkrona.

AC och DC i en solcellsanläggning

Solcellsmoduler producerar likström, medan hemmets apparater och elnätet använder växelström. Därför behövs en växelriktare mellan solcellernas likströmssida och husets växelströmssida. Den omvandlar likströmmen till växelström som kan användas i huset eller matas ut på elnätet.

Växelriktaren styr också solcellsmodulernas belastning så att anläggningen kan ta ut så mycket effekt som möjligt vid den aktuella solinstrålningen. För anslutning till elnätet måste växelriktarens växelström vara kompatibel med nätets spänning och frekvens. Den exakta verkningsgraden är modellberoende och ska hämtas från produktens datablad. Energimyndigheten beskriver delarna i en solcellsanläggning.

Det finns centrala växelriktare och mikroväxelriktare. En central modell kan påverkas av skuggning på en enskild modul, medan en mikroväxelriktare monteras direkt på respektive solcellsmodul. Vilken lösning som passar beror bland annat på takets förutsättningar och hur modulerna är placerade.

Energimyndigheten har testat växelriktare i storlekarna 3, 5 och 10 kilowatt samt som enfas- och trefasmodeller. Se Energimyndighetens test av solcellsväxelriktare.

Växelström till likström och likström till växelström

Växelström till likström sker med en likriktare. Den finns exempelvis i externa nätaggregat, laddare och annan elektronik. Ett externt nätaggregat tar vanligtvis växelström från vägguttaget och ger elektroniken eller batteriet likström, eller den spänning som produkten behöver. Energimyndigheten beskriver externa nätaggregat.

Likström till växelström sker med en växelriktare. Det är samma grundprincip som används när solcellernas likström ska bli användbar växelström i huset. Växelriktaren behöver då leverera växelström som passar nätets spänning och frekvens.

Symbol för växelström och likström

Växelström markeras vanligtvis med tilde-tecknet ~. Likström markeras vanligtvis med en rak linje över en streckad linje. På märkningen 230 V~50 Hz visar tilde-tecknet att det handlar om växelström, medan 230 volt anger spänningen och 50 hertz frekvensen.

Grafiska symboler kan variera mellan produktmärkning, anslutningar, mätinstrument och elscheman. IEC 60417 är IEC:s databas för symboler på elektrisk utrustning. IEC 60617 gäller grafiska symboler i elscheman och innehåller bland annat symboler för AC-strömförsörjning.

Tesla och växelströmsteknologi

Nikola Tesla kopplas starkt till växelström eftersom han under 1880-talet utvecklade viktiga system för flerfasig växelström, induktionsmotorer och eldistribution. Hans två grundläggande patent för flerfasmotorer beviljades 1888. IEEE beskriver Teslas patent och utvecklingsarbete.

Tesla var inte växelströmmens ensamma upphovsperson. Galileo Ferraris presenterade forskning om växelströmsmotorer i mars 1888, och flera andra arbetade parallellt med tekniken. Teslas betydelse låg framför allt i att han utvecklade ett kommersiellt användbart system med motorer, transformatorer och distribution.

Tesla höll föredraget A new system of alternate current motors and transformers i New York den 16 maj 1888. I juli samma år köpte Westinghouse Teslas växelströmspatent och började året därpå sälja en mindre elektrisk apparat med växelströmsmotor. Tesla Museum har uppgifter om föredraget. Trefasmotorer är särskilt vanliga i industriella tillämpningar, där trefassystem passar för drift av större motorer.

Säker installation av solceller

En solcellsanläggning har både en likströmssida och en växelströmssida. Säkerhetsbrytare ska installeras på båda sidorna av växelriktaren. Elsäkerhetsverket rekommenderar att ett elinstallationsföretag utför installationen enligt gällande regler och tillverkarens anvisningar. Det gäller hela installationen, inte bara anslutningen till husets elcentral. Växelriktare använder switchad kraftelektronik och kan orsaka elektromagnetiska störningar om utrustning eller installation inte är korrekt utförd. Läs Elsäkerhetsverkets råd om installation av solceller och information om störningar från solcellsanläggningar.

Vanliga frågor

Vad betyder AC och DC?

AC betyder alternating current, alltså växelström. DC betyder direct current, alltså likström. Definitionen av strömtyperna finns i jämförelsen ovan.

Är det växelström eller likström i ett vägguttag?

Det är växelström i ett vanligt svenskt vägguttag, normalt 230 volt och 50 hertz. En nätadapter kan därefter omvandla strömmen till likström inne i apparaten.

Vilken symbol har växelström?

Växelström markeras vanligtvis med ~, medan likström vanligtvis markeras med en rak linje över en streckad linje. Symbolen kan variera beroende på om märkningen finns på en apparat, anslutning eller i ett elschema.

Vem uppfann växelström?

Nikola Tesla utvecklade viktiga flerfassystem, motorer och lösningar för växelströmsdistribution, men han var inte ensam upphovsperson. Galileo Ferraris och andra forskare arbetade parallellt. Tesla och Westinghouses system bidrog till att AC fick en central roll i eldistributionen.