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                為何電網頻率偏偏是50Hz呢?

                文章出處:網責任編輯:作者: 人氣:-發表時間:2016-05-25 21:09:00

                  在電氣系統里,頻率是一個很重要的基本要素,并不是隨意確定的。為什么我國的電源是采用50hz的,而外國有的國家采用60hz的電源?制定此標準時的依據什么呢?這一個問題看起來簡單,實際上是一個比較復雜的問題,涉及的方面比較多。大家平時家里用的電是50Hz的,Hz是赫茲的縮寫,代表一秒鐘電流周期性變換方向的次數,50Hz表示1秒鐘電流有50個周期,方向改變100次。世界上有些國家,例如英美用的是60Hz的交流電,因為采用的是十二進制,什么12星座、12小時、12先令等于1英鎊等等。后來的國家都采用十進制了,所以頻率是50Hz。當然還有某漆器國,東邊用50Hz,西邊用60Hz??傮w來說50Hz和60Hz差別不大,以下就用50Hz代表吧。那為什么要選用50Hz的交流電,而不是5Hz或400Hz呢?

                  1 先說頻率低了會怎么樣?頻率最低就是0,也就是直流。史上最經典的就是愛迪生和特斯拉的直流交流大戰,愛迪生為了證明特斯拉的交流電有危險,用交流電電死了若干動物,其中還包括一頭大象,愛老先生也是蠻拼的~(客觀上說,同樣的電流大小下,人體耐受直流電的時間是要長于耐受交流電的時間,跟心室震顫什么的有關系,也就是交流電更危險)不過最后愛迪生還是輸給了特斯拉,憑借交流電方便改變電壓等級的優勢,交流電戰勝了直流電。在輸送功率相同的情況下,提高電壓,送電電流就能減小,消耗在線路上的能量就能降低。而直流電當時無法變壓,發電機出口端電壓只有幾百伏,為了減少損耗,只能減少送電功率和距離,所以愛迪生當時建的電廠有點像現在的分布式電源,到處都是。直流送電另一個問題是難以開斷,直到現在這個問題還困擾著直流輸電。我們平時在拔一些電器的插銷時,還會打電火花。直流輸電的問題同電火花一樣,當電流大到一定程度時,這個電火花是無法熄滅的,我們稱之為“電弧”。對于交流電而言,電流會改變方向,因而有電流過零的時刻,利用這個小電流時間點,我們可以通過滅弧裝置切斷線路電流。但直流電流方向不會改變,沒有這個過零點,我們想要滅弧就難了。2 低頻交流呢? 5Hz的交流電有什么問題呢?1、變壓器效率的問題。變壓器是靠原邊的磁場變化,感應到副邊升壓或降壓的。磁場變化的頻率越慢,感應是越弱的,極端情況就是直流,根本沒有感應,所以頻率太低了不行。當然,太高了也會有漏磁太多的問題。

                  2、用電設備功率問題。舉個身邊的例子吧,汽車發動機的轉速就是他的頻率,比如怠速時500轉/分鐘,加速換擋時是3000轉/分鐘,換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來了,轉速越高,發動機的勁兒(功率)越大。同樣道理,在相同頻率下,發動機越大,輸出功率越大,這也是為什么柴油機個頭都比汽油大的原因,個兒大勁兒大的柴油機才能帶動公交卡車等重型汽車。3 高頻交流呢?比如定在400Hz怎么樣?首先是線路和設備的損耗增加,先說損耗的事情,輸電線路、變電設備、用電設備,都是有電抗的,電抗與頻率成正比,頻率越高,電抗越大,消耗的無功就越大,能傳遞的有功功率就越少。目前50Hz輸電線路的電抗約0.4歐姆,約是電阻的10倍,如果提高到400Hz,那電抗將是3.2歐姆,約是電阻的80倍。對于高壓輸電線路,降低電抗是提高輸電功率的關鍵。與電抗相對應的還有容抗,容抗和頻率成反比,頻率越高,容抗越小,線路的泄漏電流越大。(因為電纜的電容效應較大,所以這也是電纜線路送電距離不能過長的原因。)如果頻率高了,則線路的泄漏電流也會增加。另一個問題是發電機的轉速?,F在的發電機組基本是單級機,也就是一對磁極。為了發出50Hz的電,轉子每分鐘轉速要達到3000轉。咱們的汽車發動機轉速達到3000轉時,就能明顯感覺引擎在振動作響了,轉到六七千轉時,你會覺得發動機要跳出引擎蓋。小小的汽車發動機尚且如此,更何況是一個重達百噸的實心鐵疙瘩轉子與汽輪機,也因此發電廠的噪音都很大。一個重達百噸的鋼轉子每分鐘轉3000轉談何容易,如果頻率再高三四倍,估計發電機能飛出廠房了。

                  小結頻率不能太低的原因:

                  變壓器能效率高,電動機可以個頭小功率大。

                  頻率不能太高的原因:線路和設備可以損耗小,發電機轉速不必過高。

                  所以根據經驗和習慣,我們的電能就被定在在50或60Hz。

                 

                此文關鍵字:交流電 輸配電 電氣知識

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