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交流电频率选择:50Hz的缘由与影响

点击次数:1    发布时间:2024-12-25

在众多国家中,如英美等国采用60Hz的交流电,这与他们习惯的十二进制体系密切相关,诸如12星座、12小时、12先令兑换1英镑等。皖南电机随着十进制系统的普及,多数国家转而采用50Hz的频率。

那么,为何我们选择了50Hz而非5Hz或400Hz呢?若频率过低,会带来怎样的后果?

*低频率即为0,即直流电。爱迪生曾为了证明特斯拉的交流电存在风险,使用交流电电死了许多小动物,若将大象也视为小动物的话。安徽皖南电机客观来看,人体在相同电流下,对直流电的耐受时间比交流电长,这与心室颤动等现象有关,因此交流电更为危险。

然而,爱迪生*终还是败给了特斯拉,交流电因其便于调整电压等级的优势战胜了直流电。在输送相同功率的情况下,提高电压,电流会减小,从而降低线路上的能量损耗。

直流电的另一问题是难以断开,这一问题至今仍未解决。类似拔电器插销时出现的电火花,当电流达到一定程度时,电火花将无法熄灭,这被称为“电弧”。安徽皖南电机

对于交流电,电流会改变方向,存在电流过零的时刻,我们可以在这一小电流时间点通过灭弧装置切断线路电流。而直流电流方向不变,没有过零点,灭弧变得极为困难。

低频交流电存在哪些问题?

首先,变压器效率问题。变压器依赖原边磁场变化,感应到副边升压或降压。磁场变化频率越慢,感应越弱,极端情况为直流电,根本无法感应,因此频率过低不可行。

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其次,用电设备功率问题。以汽车发动机为例,转速即为其频率。怠速时为500转/分钟,加速换挡时为3000转/分钟,换算成频率分别为8.3Hz和50Hz。转速越高,发动机功率越大。同样,电动机等转动机械要求体积小、功率大,只能通过提高转速来实现。因此,交流电频率不能太低。

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变频空调也遵循这一原理,通过改变交流电频率来控制空调压缩机的输出功率。总之,功率与频率在一定范围内呈正相关。

那么,频率过高会怎样?比如设定为400Hz?

首先,线路和设备的损耗会增加,其次,发电机转速会过快。

先说损耗,输电线路、变电设备、用电设备都具有电抗,电抗与频率成正比,频率越高,电抗越大,损耗的无功功率越多,能传递的有功功率越少。

目前50Hz输电线路的电抗约为0.4欧姆,约是电阻的10倍。若提高到400Hz,电抗将增至3.2欧姆,约是电阻的80倍。对于高压输电线路,降低电抗是提高输电功率的关键。

与电抗相对应的还有容抗,容抗与频率成反比,频率越高,容抗越小,线路的泄漏电流越大。若频率过高,泄漏电流也会增加。

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另一个问题是发电机的转速。现代发电机组基本为单级机,即一对磁极。为了产生50Hz的电能,转子每分钟转速需达到3000转。当汽车发动机转速达到3000转时,引擎振动明显,转速达到六七千转时,发动机几乎要跳出引擎盖。

汽车发动机尚且如此,更不用说重达百吨的实心铁疙瘩转子与汽轮机了,这也是发电厂噪音很大的原因。重达百吨的钢转子每分钟转3000转谈何容易,若频率再高三四倍,发电机可能直接飞出厂房。

如此重的转子具有很大的惯性,这也是电力系统被称为惯性系统,能保持安全稳定运行的前提。同样,这也是风电和太阳能等间歇性电源对传统电源提出挑战的原因。

因为风光变化很快,几十吨重的转子由于巨大的惯性,要减少出力或增加出力的速度很慢(爬坡率的概念),跟不上风电和光伏发电的变化,有时不得不弃风和弃光。

综上所述,频率不能太低的原因是变压器效率高,电动机体积小、功率大;频率不能太高的原因是线路和设备损耗小,发电机转速不必过高。因此,根据经验和习惯,我们的电能被定在50Hz或60Hz。

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