为什么公用事业公司以 50/60 Hz 的频率供电?

电器工程 频率 电力工程
2022-01-06 08:07:44

让我感到震惊的是,全球公用事业公司以 50/60Hz 的频率为国内用户提供服务。它可以选择为 10 Hz 或 100 Hz ... 随便

50/60 是随机选择的吗?将国内供应限制在 50/60 Hz 是否涉及一些理由(效率、更易于构建/控制等)?

换句话说,如果我正在设计一个电力系统,我为什么要选择 50/60 Hz 而不是其他频率?

4个回答

60 Hz 是工程权衡的结果,我认为是由 Nicolai Tesla 制造或受 Nicolai Tesla 影响的。他是分发 AC 的早期支持者之一,与想要分发 DC 的爱迪生相反。权衡与所需的机器和变压器的尺寸有关,随着频率的提高,它们会变得更小,而一些损耗会随着频率的增加而增加。我记得读过一些仔细的研究来决定选择 60 Hz。

另一方面,50 Hz 是由于营销。有一家德国电网设备制造商想要脱颖而出,并设法让 50 Hz 成为德国乃至欧洲大部分地区的标准。这意味着他们不必与美国的 60 Hz 设备竞争。世界其他地区的最终频率为 60 赫兹或 50 赫兹,这取决于他们从谁那里购买设备,以及他们与欧洲或美国的经济联系更紧密。自从俄罗斯采用欧洲50赫兹标准后,苏联块都变成了50赫兹国家。

这看起来像您要查找的内容:

http://en.wikipedia.org/wiki/Utility_frequency

在电气化的早期,使用了如此多的频率,以至于没有一个值占主导地位(1918 年的伦敦有 10 个不同的频率)。随着 20 世纪的继续,更多的电力以 60 Hz(北美)或 50 Hz(欧洲和亚洲大部分地区)产生。标准化允许电气设备的国际贸易。很久以后,标准频率的使用允许电网互连。直到二战后,随着经济实惠的电子消费品的出现,才制定了更统一的标准。

在英国,早在 1904 年就宣布了 50 Hz 的标准频率,但其他频率的重大发展仍在继续。 [10] 1926 年开始实施的国家电网迫使许多相互连接的电力服务提供商之间的频率标准化。50 Hz 标准是在二战后才完全确立的。

到 1900 年左右,欧洲制造商大多已将新装置的频率标准化为 50 Hz。德国 VDE 在 1902 年的第一个电机和变压器标准中推荐 25 Hz 和 50 Hz 作为标准频率。VDE 没有看到 25 Hz 的太多应用,并从 1914 年版本的标准中删除了它。其他频率的残余装置一直持续到第二次世界大战之后。 [9]

除了 Rasmus Faber 引用的1997 年 Edward L Owen 专栏之外,这里还有另一篇好文章:“60 Hz 作为北美标准交流频率的技术起源” IEEE Power Engineering Review,1999 年 3 月,Paul Nixon,p。35-37。完整的文章在付费墙后面,但他们将第一页发布为 png 图像,我将链接到下面。

这里特别有趣的部分是:

到 1889 年底和 1890 年初,直接耦合交流发电机进入了实验阶段。这些机器将被证明比皮带驱动的发电机更可靠,但运行速度要低得多。显然需要更低的交流工作频率 [低于 133.3Hz],这再次受到结构和机械限制的驱动。例如,由 100rpm 发动机直接驱动的交流发电机需要 160 个磁极才能产生 133 1/3 Hz 的频率。这种类型的建筑被认为是令人望而却步的。大约在这个时候,西屋公司进行了一项工程研究,该研究考虑了当时系统组件的电气操作特性和可能的​​发动机驱动发电机构造限制,并建议 7,每分钟 200 次(60Hz @ 2 极)的频率与当时可达到的发动机速度所期望的频率一样高。60Hz 实际上是经过精心挑选的折衷方案。人们认为较高的频率对当时存在的变压器更好,而较低的频率可能对引擎式发电机更好。60 Hz 于 1890 年首次在商业上出现。最早的 60 Hz 系统,如早期的交流系统(140、133 1/3、125 Hz),都是单相的。

到 1892 年,已有大量西屋设计的 60 Hz 中心站存在,并且 60Hz 已经从较高频率中接管了交流业务的一部分。

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(来源:ieee.org

所以我们基本上进行了权衡(变压器在高频下更好,而电机在低频下更好,这在今天基本上仍然如此)导致有点武断的妥协,然后网络效应巩固了选择。

欧文的文章还提到,在 1948 年完成向 60 赫兹的转换之前,南加州是 50 赫兹。日本仍然有一半的 50 赫兹和 60 赫兹:欧文说:“1895 年,AEG 向东京和东部的电力公司出售了一台 50 赫兹的发电机“日本一半的地区走上了 50 赫兹的路径。一年多后,通用电气向大阪的电力公司出售了一台 60 赫兹的发电机,日本的西半部也走上了 60 赫兹的路径。” 最后,它似乎主要是惯性/网络效应——改变大型基础设施项目太痛苦了。

来自60-Hz 作为电源频率的起源(IEEE 工业应用杂志,1997 年 12 月,Edward L. Owen 的“历史”专栏):

“选择在 50 和 60 赫兹之间,两者都同样适合需求。考虑到所有因素后,没有令人信服的理由选择任何一个频率。最后,决定将 60 赫兹标准化为感觉不太可能产生烦人的闪烁。”