摘要:在電氣系統(tǒng)里,頻率是一個很重要的基本要素,并不是隨意確定的。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。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(jù)什么呢?
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(shù),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。當然還有某奇葩的漆器國,東邊用50Hz,西邊用60Hz。
總體來說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?
1.1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(jīng)典的就是愛迪生和特斯拉的直流交流大戰(zhàn),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(yōu)勢,交流電戰(zhàn)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(fā)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(xiàn)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(xiàn)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。
1.2低頻交流呢? 5Hz的交流電有什么問題?
一是變壓器效率的問題。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。
二是用電設備功率問題。舉個身邊的例子吧,汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速就是他的頻率,比如怠速時500轉(zhuǎn)/分鐘,加速換擋時是3000轉(zhuǎn)/分鐘,換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來了,轉(zhuǎn)速越高,發(fā)動機的勁兒(功率)越大。同樣道理,在相同頻率下,發(fā)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。
1.3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(fā)電機的轉(zhuǎn)速?,F(xiàn)在的發(fā)電機組基本是單級機,也就是一對磁極。為了發(fā)出50Hz的電,轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)速要達到3000轉(zhuǎn)。咱們的汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到3000轉(zhuǎn)時,就能明顯感覺引擎在振動作響了,轉(zhuǎn)到六七千轉(zhuǎn)時,你會覺得發(fā)動機要跳出引擎蓋。小小的汽車發(fā)動機尚且如此,更何況是一個重達百噸的實心鐵疙瘩轉(zhuǎn)子與汽輪機,也因此發(fā)電廠的噪音都很大。一個重達百噸的鋼轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)談何容易,如果頻率再高三四倍,估計發(fā)電機能飛出廠房了。
總結一下,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(fā)電機轉(zhuǎn)速不必過高。所以根據(jù)經(jīng)驗和習慣,我們的電能就被定在在50或60Hz。
交流電網(wǎng)的頻率,是電能質(zhì)量的重要標志之一,直接關系許多電能驅(qū)動設備的產(chǎn)品質(zhì)量,例如:若電流頻率由50HZ降到48HZ,電動機的轉(zhuǎn)速將降低4%,致使冶金、化工、機械、紡織造紙等工業(yè)的產(chǎn)量和質(zhì)量都會受到影響。而供給工廠的電能頻率是由電力系統(tǒng)決定的。
周立功致遠電子自主研發(fā)生產(chǎn)的電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置,可以測量帶寬為42.5000-57.5000Hz,測量精度高達0.002Hz。同時在電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置可以記錄頻率異常事情,當頻率出現(xiàn)異常時,針對事件發(fā)生的時間段生產(chǎn)的產(chǎn)品,加強品質(zhì)把控,從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。
周立功致遠電子的電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)在后臺即可實時看到頻率的變化趨勢圖,同時還可以導出某個區(qū)間時段的頻率最大值、最小值、平均值,讓您輕松把握電網(wǎng)系統(tǒng)的實時情況。
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