Hvorfor frekvensstandarden på 50 hertz vælges i den elektriske kraftindustri

Hvorfor er der i dag i energisektoren til transmission og distribution af elektricitet overalt valgt frekvenser på 50 og 60 Hz og forbliver accepteret? Har du nogensinde tænkt over dette? Men dette er slet ikke tilfældigt.

I landene i Europa og SNG vedtages standard 220-240 volt på 50 hertz, i de nordamerikanske lande og i USA - 110-120 volt på 60 Hz, og i Brasilien 120, 127 og 220 volt på 60 Hz. Forresten, direkte i USA i stikkontakten kan det undertiden vise sig at være 57 eller 54 Hz. Hvor kommer disse numre fra?

Lad os henvende os til historien for at forstå dette emne. I anden halvdel af 1800-tallet studerede forskere fra mange lande i verden aktivt elektricitet og kiggede efter praktiske anvendelser til det. Thomas Edison opfandt sin første pære og introducerede derved elektrisk belysning. De første DC-kraftværker blev bygget. Begyndelsen på elektrificering i USA.

De første lamper var lysbue, de glødede med en elektrisk udladning, der brændte i det fri, antændt mellem to carbonelektroder. Den gang eksperimenterne konstaterede hurtigt, at det var ved 45 volt, at lysbuen blev mere stabil, men til sikker antændelse blev en resistiv ballast i serie forbundet med lampen, hvorpå ca. 20 volt faldt under lampens drift.

Så i lang tid blev der anvendt en konstant spænding på 65 volt. Derefter blev den øget til 110 volt, så to buelamper kunne forbindes til netværket samtidig.

Edison var en fanatisk tilhænger af DC-systemer, og Edisons DC-generatorer arbejdede oprindeligt sådan, og leverede 110 volt DC til forbrugernetværk.

Men Edisons DC-teknologi var meget, meget kostbar, økonomisk ulønnsom: Det var nødvendigt at lægge en masse tykke ledninger, og transmissionen fra kraftværket til forbrugeren overskred ikke en afstand på flere hundrede meter, da transmissionstabene var enorme.

Senere blev der indført et tretråds 220-volt DC-system (to parallelle linjer på 110 volt hver), men situationen med hensyn til effektiviteten af ​​en sådan transmission blev ikke markant forbedret.

senere Nikola Tesla Han udviklede sine egne, fuldstændigt innovative vekselstrømsgeneratorer og introducerede et omkostningseffektivt system til transmission af elektricitet ved høje spændinger på flere tusinde volt, og elektricitet kunne overføres tusinder af meter, transmissionstab faldt ti gange. Edisons jævnstrøm kunne ikke tåle konkurrencen med Teslas vekselstrøm.

Transformatorer på jern sænkede højspændingen til 127 volt i hver af de tre faser og leverede den til forbrugeren i form af vekselstrøm. Under drift af generatorer, drevet af damp eller faldende vand, roterede deres rotorer med en frekvens på 3000 o / min og endnu mere.

Dette gjorde det muligt for lamperne ikke at flimre, asynkronmotorer kunne fungere normalt, modstå nominelle hastigheder og transformatorer til at konvertere elektricitet, øge og reducere spænding.

I mellemtiden i USSR forblev netværkets spænding indtil 60'erne på niveauet 127 volt, hvorefter den med væksten i produktionskapaciteten blev hævet til 220 volt, som vi nu kender.

Dolivo-Dobrovolsky, som Tesla, der studerede mulighederne for vekselstrøm, foreslog at bruge en sinusformet strøm til elektrisk kraftoverførsel og foreslog at indstille frekvensen i området fra 30 til 40 hertz. Senere konvergerede de på 50 hertz i USSR og på 60 hertz i USA. Disse frekvenser var optimale til vekselstrømsudstyr, der fungerede i mange fabrikker.

Rotationsfrekvensen for en bipolær generator er 3000 eller højst 3600 omdrejninger pr. Minut og giver netop frekvenserne 50 og 60 Hz under generering. Ved normal drift af generatoren skal frekvensen være mindst 50-60 Hz. Industrielle transformatorer konverterer let vekselstrøm med en given frekvens.

I dag er det i princippet muligt at øge frekvensen af ​​elektrisk kraftoverførsel til mange kilohertz og således spare på materialer til ledere i kraftoverføringsledninger, men infrastrukturen forbliver tilpasset specifikt til en nuværende frekvens på 50 Hz, den blev så oprindeligt designet over hele verden, generatorer i atomkraftværker roterer med det samme ved en hastighed på 3000 o / min har de stadig det samme par poler. Derfor er ændring af kraftproduktions-, transmissions- og distributionssystemer et spørgsmål om den fjerne fremtid. Derfor er 220 volt på 50 hertz fortsat vores standard indtil videre.

Comments

[#1]

God eftermiddag
Tak for artiklen. Jeg var interesseret i dette spørgsmål, og i dag modtog jeg et udtømmende svar.
Men der er et par spørgsmål:
Hvor besværlig er frekvenstransformation?
Hvorfor "verdensomspændende", hvis europæiske og amerikanske standarder er forskellige?
Og til sidst er der en masse strømforsyninger ved 50/60 Hz. Hvilket elektrisk apparat kan endnu ikke have dobbeltstandard?

[#2]

I princippet er alt korrekt, men hvis vi tager højde for det faktum, at det ikke er økonomisk muligt at overføre vekselstrøm med øget frekvens over lange afstande på grund af tab forårsaget af den kapacitive komponent i kraftledninger, ville dette være en mere plausibel forklaring. Sænkning af frekvensen igen medfører betydelige omkostninger forbundet med stigningen i størrelse og naturligvis materialomkostninger ved fremstilling af udstyr.

[#3 gæst]

Alt fra det faktum, at det ikke var muligt at hæve spændingen til at transmittere strøm over afstande - transformatorer kører på vekselstrøm. På det tidspunkt var det den eneste rigtige beslutning ..

[#4]

Hvad angår Dolivo-Dobrovolsky --- arbejdede denne "ingeniør-innovatør" for Edison, som stjal (ikke betalte) Teslas patenter for en del af udstyret i et tofaset AC-system .... mens Tesla selv truede dette med en alvorlig domstol ... Edison så hvordan pengene flydede væk til Westinghouse-virksomheden (forbedringsarbejdet fortsatte), kom ikke op med noget bedre og patenterede et trefaset nuværende system ..... med de mest primitive ændringer af to-fase-systemet .. Dolivo-Dobrovolsky udførte modifikationsarbejdet, der kostede alt nøjagtigt 30% til forbrugsstoffer, og der er absolut ingen fordele bortset fra den ekstra ledning og kompleksiteten i designet. Dette blev gjort i Europa, hvor der var få DC-linjer til to ledninger, i modsætning til Amerika, hvor de allerede var overalt, og Tesla udviklede et tofaset system med jord kun til formålet med deres anvendelse ..

[#5 Alex gal]

"For normal drift af generatoren skal frekvensen være mindst 50-60 Hz"

Hvorfor er det sådan? Generatoren er ligeglad med hvilken frekvens den vil give ud.

Artiklen siger meget korrekt, i fuld klarhed er der ingen grund til, at 50Hz bruges.

Men faktisk er alt meget enkelt, men artiklen siger ikke det. Faktisk kan dampmotorer ikke køre med en hastighed på 3000 o / min, maksimalt 100-200 o / min. Ved en sådan hyppighed virkede den første af dem, hvilket øgede hastigheden med remreduktionsredskaber. Du vil ikke rejse meget der.Og da AC-frekvensen direkte afhænger af antallet af omdrejninger f = n / 60 for et par poler, mens det teknisk var vanskeligt at opnå høje omdrejninger, blev frekvensen derfor valgt så lav som muligt. Og da 3000 o / min ikke var opnåelig, øgede de antallet af par generatorpoler. En sådan generator, for eksempel med 8 poler, blev bygget tilbage i 1878. Han gav 40Hz ud fra en dampmaskine, for dette spinder han op til 600 omdrejninger gennem et bæltetøj.

Det vil sige, dette er et eksempel på vanskeligheden ved at opnå en højfrekvent forsyningsspænding. Nu hvorfor ikke 30, ikke 40, men 50 eller 60Hz.

Alt er enkelt. Du har ret i, at de første forbrugere for disse generatorer var pærer. Den foreslåede frekvens på 30-40Hz forårsagede ubehagelige og mærkbare pulseringer af belysning. Ved 50 Hz var pulsationerne allerede næppe mærkbare ovenfor - der var vanskeligheder med at øge hastigheden på generatorakslen eller med den tekniske konstruktion af generatorviklingen (antallet af dets poler). Noget som dette.

[#6 Maxim]

Forøgelse af frekvensen fører til en stigning i tab i kapacitans og induktans + radioemission. Bare på linjen med en lige strøm et minimum af tab. Kilohertz at køre åh jeg tvivler på, hvordan det vil knirke på det, allerede vil være 110kV interessant.

[#7 Jnsx]

Men ideelt for øjnene, er en bedre frekvens 100Hz? Eller har jeg forkert sammenligning af hyppigheden af ​​flimrende lys med frekvensen på skærmen. Men hvis lyspæren ved 50Hz flimrer vseravno lidt, så ved 60 blinker den mindre, og ved 100Hz vil der være et dejligt rent, jævnt lys? Og hele problemet er omkostningerne?

[#8 Kitaro]

Som sædvanligt bliver alle vildledt. Se, hvordan opladere, der arbejder ved højere frekvenser, er faldet. Strømforsyninger, vekselrettere og andre enheder reduceres ved at øge netledningsfrekvensen. Ikke kun det, at en person ikke føler strømmen gennem sin krop ved bestemte frekvenser. Du kan fortælle meget mere om mulighederne for øgede frekvenser ...

[#9 Konoplyov]

Den globale økonomi og følgelig civilisation vil blive gemt ved decentralisering og autonomi inden for energiproduktion på klyngeniveauet 20-200m. Samtidig bør en 5 kW generator ikke være dyrere end en simpel mobiltelefon med knapper, undtagelsen er den industrielle forbruger.

[#10 Ratibor]

Artikel fra den onde. Bare indrøm, at den høje frekvens ikke er gavnlig for de borgerlige kapitalister, da tabene i netværkene forsvinder, folk ikke vil blive chokeret, og der ikke er behov for at bygge atomkraftværker og termiske kraftværker samt betale for lyset. Og 50 Hz er meget skadelig for den menneskelige hjerne, det er en kendsgerning. Folk skal bade i energi og leve rigt, men java-tjenerne tillader ikke dette.

[#11 Konstantin]

Artiklen handler om intet, hovedideen: Nå, det skete. Alle de vigtigste oplysninger er i kommentarerne ((((
Jeg vil tilføje en mere: i fly bruges en øget frekvens af det interne netværk = 400 Hz, fordel: kompakt udstyr. Mange enheder har stadig brug for en konstant strøm, og meget mindre kondensatorer er nødvendige for at rette op 400Hz end for at rette op 50 / 60Hz

[#12 Serjik]

Sammenlign ikke forbrugerudstyr (opladning) og transmissionslinjer. At overføre en så højfrekvens (hundreder af kilohertz) spænding over ledningerne uden enorme tab vil ikke lykkes.

[#13 Paul]

Frekvensen på 50 Hz i husholdnings-elektriske netværk blev valgt, sandsynligvis på grund af det faktum, at glødelamper blev brugt overalt, og deres termiske inerti gør det muligt at anvende frekvensen op til ca. 25 Hz (ved en lavere frekvens bliver lyspulsering mærkbar). Dette er den nedre tærskel. Nå, den øverste er relateret til de tekniske muligheder for generatorerne.

[#14 anonym]

Faktisk giver et trefaset system dig mulighed for at organisere et enkelt og effektivt elektrisk drev i modsætning til en enfaset (ikke tofaset!), Hvor du kræver faseforskydningskondensatorer og har en lav effektivitet.

I luftfart bruges en frekvens på 400 Hz på grund af tilstedeværelsen af ​​specifikke forbrugere - horisonter og gyro-vertikale, hvis svinghjul skal dreje med en høj frekvens, som leveres af asynkrone elektriske motorer, der er drevet fra et sådant netværk.