Mengapa standard frekuensi 50 hertz dipilih dalam industri tenaga elektrik

Mengapakah hari ini dalam industri tenaga untuk penghantaran dan pengedaran elektrik di mana-mana mempunyai frekuensi 50 dan 60 Hz dipilih dan terus diterima? Pernahkah anda memikirkan perkara ini? Tetapi ini sama sekali tidak sengaja.

Di negara-negara Eropah dan CIS, standard 220-240 volt 50 hertz diterima pakai, di Amerika Utara dan di Amerika Syarikat - 110-120 volt 60 Hz, dan di Brazil 120, 127 dan 220 volt 60 Hz. Dengan cara ini, secara langsung di AS di outlet kadang-kadang ia boleh berubah, katakan, 57 atau 54 Hz. Di manakah nombor ini berasal?

Mari kita beralih kepada cerita untuk memahami topik ini. Pada separuh kedua abad ke-19, para saintis dari banyak negara dunia secara aktif mempelajari elektrik dan mencari aplikasi praktikal untuknya. Thomas Edison mencipta bola lampu pertamanya, dengan itu memperkenalkan lampu elektrik. Loji janakuasa DC pertama dibina. Permulaan elektrifikasi di Amerika Syarikat.

Lampu pertama adalah busur, mereka bersinar dengan pembakaran pembakaran elektrik di udara terbuka, dihidupkan di antara dua elektrod karbon. Para peneliti pada masa itu dengan cepat mendapati bahawa ia berada pada 45 volt yang arka menjadi lebih stabil, bagaimanapun, untuk penyalaan yang selamat, balast resistif disambung secara siri dengan lampu, di mana kira-kira 20 volt jatuh semasa operasi lampu.

Jadi, untuk masa yang lama, voltan malar sebanyak 65 volt telah digunakan. Kemudian ia dinaikkan kepada 110 volt, supaya dua lampu arka dapat disambungkan ke rangkaian serentak.

Edison adalah penyokong fanatik sistem DC, dan penjana DC Edison pada mulanya bekerja seperti itu, membekalkan 110 volt DC kepada rangkaian pengguna.

Tetapi teknologi Edison DC adalah sangat, sangat mahal dan tidak menguntungkan dari segi ekonomi: ia adalah perlu untuk meletakkan banyak wayar tebal, dan penghantaran dari kilang kuasa kepada pengguna tidak melebihi jarak beberapa ratus meter, kerana kerugian penghantaran sangat besar.

Kemudian, satu sistem 220 volt DC tiga wayar telah diperkenalkan (dua garisan sejajar sebanyak 110 volt setiap satu), tetapi keadaan mengenai kecekapan penghantaran sedemikian tidak meningkat dengan ketara.

Kemudian Nikola Tesla Beliau mengembangkan sendiri, alternator yang sepenuhnya inovatif, dan memperkenalkan sistem yang berkesan kos untuk menghantar elektrik pada voltan tinggi beberapa ribu volt, dan elektrik boleh dihantar beribu-ribu meter, kerugian penghantaran menurun sebanyak puluhan kali. Arus terus Edison tidak dapat menandingi persaingan dengan arus bolak Tesla.

Transformer pada besi menurunkan voltan tinggi kepada 127 volt dalam setiap tiga fasa, membekalkannya kepada pengguna dalam bentuk arus berselang. Semasa operasi alternator, didorong oleh stim atau air jatuh, rotornya diputar dengan kekerapan 3000 rpm dan lebih.

Ini membolehkan lampu tidak berkilau, motor asynchronous untuk beroperasi secara normal, menahan kelajuan undian, dan transformer untuk menukar elektrik, meningkatkan dan mengurangkan voltan.

Sementara itu, di USSR, voltan rangkaian sehingga 60-an kekal pada tahap 127 volt, maka dengan pertumbuhan kapasiti pengeluaran ia dinaikkan kepada 220 volt, yang kini sudah diketahui oleh kami.

Dolivo-Dobrovolsky, seperti Tesla, yang mempelajari kemungkinan arus bolak-balik, mencadangkan menggunakan arus sinusoidal untuk penghantaran tenaga elektrik, dan mencadangkan menetapkan kekerapan dalam julat dari 30 hingga 40 hertz. Kemudian mereka berkumpul di 50 hertz di USSR dan di 60 hertz di Amerika Syarikat. Frekuensi ini adalah optimum untuk peralatan AC, yang bekerja di banyak kilang.

Kekerapan putaran pengganti bipolar adalah 3000 atau maksimum 3600 revolusi per minit, dan hanya memberikan frekuensi 50 dan 60 Hz semasa generasi. Untuk operasi biasa pengganti, kekerapan harus sekurang-kurangnya 50-60 Hz. Transformer perindustrian dengan mudah menukar arus berselang-seli frekuensi yang diberikan.

Hari ini, pada dasarnya, adalah mungkin untuk meningkatkan kekerapan penghantaran tenaga elektrik kepada banyak kilohertz, dan dengan itu menjimatkan bahan-bahan konduktor dalam talian penghantaran kuasa, bagaimanapun, infrastruktur tetap disesuaikan khusus untuk frekuensi semasa 50 Hz, ia direka bentuk pada mulanya di seluruh dunia, penjana di loji tenaga nuklear berputar dengan sama pada kelajuan 3000 rpm, mereka masih mempunyai sepasang tiang yang sama. Oleh itu, pengubahsuaian sistem penjanaan, penghantaran dan pengagihan kuasa adalah masa depan yang jauh. Itulah sebabnya 220 volt 50 hertz kekal setakat ini setakat ini.

Comments

[#1]

Selamat siang
Terima kasih kerana artikel itu. Saya berminat dengan soalan ini, dan hari ini saya menerima jawapan yang lengkap.
Tetapi ada beberapa soalan:
Betapa susah payah adalah transformasi kekerapan?
Mengapa "di seluruh dunia" jika piawaian Eropah dan Amerika berbeza?
Dan akhirnya, terdapat banyak bekalan kuasa pada 50/60 Hz. Peralatan elektrik mana yang belum boleh mempunyai standard berganda?

[#2]

Pada dasarnya, semuanya adalah betul, tetapi jika kita mengambil kira hakikat bahawa ia tidak dapat dilaksanakan secara ekonomi untuk menghantar arus bolak-balik kepada frekuensi yang meningkat pada jarak jauh disebabkan oleh kerugian yang disebabkan oleh komponen kapasitif dari garis kuasa, ini akan menjadi penjelasan yang lebih munasabah. Mengurangkan frekuensi sekali lagi memerlukan kos yang ketara yang berkaitan dengan peningkatan saiz, dan kos bahan tentu dalam pembuatan peralatan.

[#3 tetamu]

Segala-galanya dari fakta bahawa tidak mungkin untuk menaikkan voltan untuk menghantar kuasa ke atas jarak - transformer beroperasi pada arus bolak balik. Pada masa itu adalah satu-satunya keputusan yang tepat ..

[#4]

Bagi Dolivo-Dobrovolsky --- "jurutera-inovator" ini bekerja untuk Edison, yang mencuri (tidak membayar) paten Tesla untuk sebahagian daripada peralatan sistem dua fasa AC .... sementara Tesla sendiri mengancamnya dengan mahkamah yang serius ... Edison melihat bagaimana wang itu melayang ke syarikat Westinghouse (kerja penambahbaikan berterusan), tidak menghasilkan apa-apa yang lebih baik dan dipatenkan sistem semasa tiga fasa ..... dengan pengubahsuaian paling primitif sistem dua fasa. Dolivo-Dobrovolsky melakukan kerja-kerja pengubahsuaian, yang membiayai segala-galanya tepat 30% untuk bahan habis, dan sama sekali tidak ada faedah kecuali untuk kerumitan tambahan dan kerumitan reka bentuk. Ini dilakukan di Eropah, di mana terdapat beberapa garisan DC untuk dua wayar, tidak seperti Amerika, di mana mereka sudah berada di mana-mana dan Tesla sedang membangun sistem dua fasa dengan tanah hanya untuk kegunaan mereka ..

[#5 Alex gal]

"Untuk operasi pengalir biasa, frekuensi mesti sekurang-kurangnya 50-60 Hz"

Mengapa ini begitu? Penjana tidak peduli apa kekosongan yang akan diberikannya.

Artikel itu mengatakan banyak dengan betul, dalam kejelasan penuh tidak ada sebab mengapa 50Hz digunakan.

Tetapi sebenarnya, semuanya sangat mudah, tetapi artikel itu tidak mengatakannya. Malah, enjin wap tidak boleh beroperasi pada kelajuan 3000 rpm, maksimum 100-200 rpm. Pada frekuensi sedemikian, yang pertama bekerja, meningkatkan kelajuan dengan pengurangan tali pinggang. Anda tidak akan menaikkan banyak di sana.Dan kerana kekerapan AC secara langsung bergantung kepada bilangan revolusi f = n / 60 untuk sepasang tiang, sementara secara teknikal sukar untuk mendapatkan revolusi yang tinggi, oleh itu frekuensi dipilih serendah mungkin. Dan sejak 3000 rpm tidak dapat dicapai, mereka meningkatkan bilangan pasang tiang penjana. Contohnya penjana itu, dengan 8 tiang dibina pada tahun 1878. Dia mengeluarkan 40Hz dari enjin stim, untuk ini, dia berputar sehingga 600 revolusi melalui pengurangan tali pinggang.

Iaitu, ini adalah contoh kesukaran mendapatkan voltan bekalan frekuensi tinggi. Sekarang mengapa tidak 30, bukan 40, tetapi 50 atau 60Hz.

Semuanya mudah. Anda betul bahawa pengguna pertama untuk penjana ini adalah mentol lampu. Kekerapan yang dicadangkan 30-40Hz menyebabkan denyutan cahaya yang tidak menyenangkan dan ketara. Pada 50 Hz, denyutannya sudah hampir tidak kelihatan, di atas - terdapat kesukaran dengan meningkatkan kelajuan aci penjana atau dengan reka bentuk teknikal penggulungan penjana (bilangan tiangnya). Sesuatu seperti ini.

[#6 Maxim]

Meningkatkan kekerapan menyebabkan peningkatan dalam kapasiti dan induktansi + pelepasan radio. Hanya pada garisan arus langsung minimum kerugian. Kilohertz untuk memandu oh saya ragu bagaimana ia akan mencicit ia akan menjadi menarik 110kV.

[#7 Jnsx]

Tetapi ideal untuk mata, frekuensi yang lebih baik adalah 100Hz? Atau saya salah membandingkan kekerapan cahaya berkedip dengan kekerapan monitor. Tetapi jika mentol lampu di 50Hz berkedip sedikit, adakah ia bermakna bahawa pada 60 ia berkedip kurang dan pada 100Hz akan ada cahaya bersih yang bagus? Dan masalahnya ialah kosnya?

[#8 Kitaro]

Seperti biasa, semua orang tersesat. Lihat bagaimana pengecas yang beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi telah menurun. Bekalan kuasa, penyongsang dan peranti lain dikurangkan dengan meningkatkan frekuensi sesalur kuasa. Bukan itu sahaja, pada frekuensi tertentu, seseorang tidak merasakan laluan semasa melalui tubuhnya. Anda boleh memberitahu lebih banyak mengenai kemungkinan frekuensi yang meningkat ...

[#9 Konoplyov]

Ekonomi global dan, akibatnya, tamadun akan diselamatkan oleh desentralisasi dan autonomi penjanaan tenaga di peringkat kluster 20-200m. Pada masa yang sama, penjana 5 kW tidak boleh lebih mahal daripada telefon mudah alih dengan butang, pengecualian adalah pengguna perindustrian.

[#10 Ratibor]

Perkara dari yang jahat. Hanya mengakui bahawa frekuensi tinggi tidak bermanfaat untuk kapitalis borjuasi, kerana kerugian dalam rangkaian akan hilang, orang tidak akan terkejut dan tidak akan ada keperluan untuk membina loji kuasa nuklear dan loji kuasa haba, serta membayar lampu. Dan 50 Hz sangat berbahaya kepada otak manusia, itu adalah fakta. Orang harus mandi dalam tenaga dan hidup dengan kaya, tetapi hamba jawa tidak membenarkan ini.

[#11 Konstantin]

Artikel ini tidak kira apa-apa, idea utama: baik, ia berlaku. Semua maklumat utama adalah dalam komen (((
Saya akan menambah satu lagi: dalam pesawat, peningkatan kekerapan rangkaian dalaman = 400 Hz digunakan, kelebihan: peralatan padat. Banyak peranti masih memerlukan arus malar, dan lebih kurang kapasitor diperlukan untuk membetulkan 400Hz daripada membetulkan 50 / 60Hz

[#12 Serzhik]

Jangan bandingkan peralatan pengguna (pengecasan) dan talian penghantaran. Untuk menghantar frekuensi tinggi (beratus-ratus kilohertz) voltan ke atas wayar tanpa sebarang kerugian yang besar tidak akan berjaya.

[#13 Pavel]

Kekerapan 50 Hz dalam rangkaian elektrik rumah telah dipilih, mungkin disebabkan oleh fakta bahawa lampu pijar digunakan di mana-mana, dan inersia terma mereka membolehkan kekerapan digunakan sehingga kira-kira 25 Hz (pada frekuensi yang lebih rendah, denyutan cahaya menjadi ketara). Ini adalah ambang yang lebih rendah. Nah, yang teratas berkaitan dengan keupayaan teknikal generator.

[#14 Anonymous]

Malah, sistem tiga fasa membolehkan anda menyusun pemanduan elektrik yang mudah dan cekap, berbanding fasa tunggal (bukan dua fasa!), Memerlukan kapasitor peralihan fasa dan mempunyai kecekapan yang rendah.

Dalam penerbangan, kekerapan 400 Hz digunakan disebabkan oleh kehadiran pengguna tertentu - cakrawala dan menegak gyro, roda-roda roda yang mesti berputar pada frekuensi tinggi, yang disediakan oleh motor elektrik asynchronous yang berkuasa daripada rangkaian sedemikian.