世界上有些國家,比如英國和美國,用60Hz交流電,因為他們用的是十二進制,也就是12個星座,12個小時,12先令等于1英鎊,等等。后來國家采用十進制,所以頻率是50Hz。當然還有一個國家,東邊50Hz,西邊60Hz。。。
那么,我們為什么要選用50Hz的交流電,而不是60Hz或400Hz呢? 假設頻率低了會怎么樣? 頻率為0,即直流電。那一年,愛迪生為了證明特斯拉的交流電存在危險,用交流電殺死了一只小動物,如果大象也算小動物的話…客觀地說,在相同電流大小的情況下,人體承受直流電的時間比承受交流電的時間長,與心室震顫或更危險有關。可愛迪生還是輸給了特斯拉,交流電憑借方便改變電壓等級而戰勝了直流電。當傳輸功率相同時,當電壓升高時,送電電流會減少,同時線路所消耗的能量也會減少。 此外,直流送電的另一個問題是很難開斷,直到現在這個問題仍然很困擾。在直流輸電中,就像通常在拔電器插頭時會出現電火花一樣,當電流大到一定程度,這種電火花就不能熄滅,我們稱之為“電弧”。對交流電來說,電流會改變方向,因此在電流過零的時候,利用小電流時間點,我們可以用滅弧裝置將線路電流切斷。但是直流電流的方向是不變的,沒有這個過零點,我們很難滅弧。 頻率太低的交流電有什么問題? 一、變壓器效率的問題 二、用電設備功率問題 舉例來說,汽車發動機的轉速就是它的頻率,比如轉速時為500轉/分鐘,加速時為3000轉/分鐘,這兩個頻率分別為8.3 Hz和50 Hz。這個結果表明,轉速越高,發動機的動力就越大。同理,在同樣的頻率下,發動機的功率越大,輸出就越大,這就是為什么柴油機的個頭比汽油大,個頭大的柴油機就能驅動大客車等重型車輛。 同樣地,電動機既要求體積小,又要求輸出功率大,只有一種方法,即提高轉速,所以交流電的頻率不能太低,因為我們需要體積小、功率大的電動機。調頻空調也是如此,它通過變換交流電的頻率,來控制空調壓縮機的輸出功率。總的來說,功率和頻率在一定范圍內是正相關的。 假設定在400Hz怎么樣? 其中之一是線路和設備損耗增加,另一個是發電機轉速過高。首先講一下損耗,輸電線路、變電設備、用電設備,都有電抗,電抗與頻率成正比,頻率越高,電抗越大,所消耗的無功就越多,所能傳遞的有功就越少。現在輸電線路中50 Hz的電抗值在0.4歐姆左右,大約是電阻的10倍,如果增加到400 Hz,則電抗值為3.2歐姆,大約是電阻的80倍。對高電壓線路而言,降低電抗是提高傳輸功率的關鍵。 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。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。現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。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,你就會覺得發動機快跳出引擎蓋了。 現在的汽車引擎更是如此,除了汽輪機和轉子之外,還有一個重達百噸的固體鐵疙瘩,這就是造成電廠噪音的原因。一臺100噸的鋼制轉子,每分鐘轉3000轉,如果頻率再高三到四倍,估計發電機就會飛出工廠。這種重轉子具有很大的慣性,也就是所謂的慣性系統,它能夠保證電力系統安全穩定運行。這也是風電、太陽能等間歇電源對傳統電源構成挑戰的原因。由于風景畫變化無常,數十噸重的旋翼由于極強的慣性,使出力減小或增大的速度極慢(這種爬坡速度的概念),無法跟上風能和光伏的變化,因此有時不得不棄風棄光。 總之頻率不能過低的原因:變壓器能提效率,電機可個頭小,功率大。頻率不宜過高的原因:線路及設備損耗小,發電機轉速不必過高。所以我國降頻率定為50Hz.

變壓器依靠原邊的磁場變化而感應到副邊的升降壓力。磁變的頻率越慢,感應就越弱,極端情況下是直流,根本沒有感應,所以感應頻率太低不能用。
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