為什么電網(wǎng)頻率偏偏是50Hz？

在電氣系統(tǒng)里，頻率是一個(gè)很重要的基本要素，并不是隨意確定的。這一個(gè)問(wèn)題看起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)際上是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，涉及的方面比較多。為什么我國(guó)的電源是采用50hz的,而外國(guó)有的國(guó)家采用60hz的電源?制定此標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的依據(jù)什么呢?

大家平時(shí)家里用的電是50Hz的，Hz是赫茲的縮寫(xiě)，代表一秒鐘電流周期性變換方向的次數(shù)，50Hz表示1秒鐘電流有50個(gè)周期，方向改變100次。

世界上有些國(guó)家，例如英美用的是60Hz的交流電，因?yàn)椴捎玫氖鞘M(jìn)制，什么12星座、12小時(shí)、12先令等于1英鎊等等。后來(lái)的國(guó)家都采用十進(jìn)制了，所以頻率是50Hz。當(dāng)然還有某奇葩的漆器國(guó)，東邊用50Hz，西邊用60Hz。

總體來(lái)說(shuō)50Hz和60Hz差別不大，以下就用50Hz代表吧。那為什么要選用50Hz的交流電，而不是5Hz或400Hz呢?

1.1 先說(shuō)頻率低了會(huì)怎么樣

頻率最低就是0，也就是直流。史上最經(jīng)典的就是愛(ài)迪生和特斯拉的直流交流大戰(zhàn)，愛(ài)迪生為了證明特斯拉的交流電有危險(xiǎn)，用交流電電死了若干動(dòng)物，其中還包括一頭大象，愛(ài)老先生也是蠻拼的~(客觀上說(shuō)，同樣的電流大小下，人體耐受直流電的時(shí)間是要長(zhǎng)于耐受交流電的時(shí)間，跟心室震顫什么的有關(guān)系，也就是交流電更危險(xiǎn))

不過(guò)最后愛(ài)迪生還是輸給了特斯拉，憑借交流電方便改變電壓等級(jí)的優(yōu)勢(shì)，交流電戰(zhàn)勝了直流電。在輸送功率相同的情況下，提高電壓，送電電流就能減小，消耗在線路上的能量就能降低。而直流電當(dāng)時(shí)無(wú)法變壓，發(fā)電機(jī)出口端電壓只有幾百伏，為了減少損耗，只能減少送電功率和距離，所以愛(ài)迪生當(dāng)時(shí)建的電廠有點(diǎn)像現(xiàn)在的分布式電源，到處都是。

直流送電另一個(gè)問(wèn)題是難以開(kāi)斷，直到現(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題還困擾著直流輸電。我們平時(shí)在拔一些電器的插銷(xiāo)時(shí)，還會(huì)打電火花。直流輸電的問(wèn)題同電火花一樣，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)，這個(gè)電火花是無(wú)法熄滅的，我們稱之為“電弧”。對(duì)于交流電而言，電流會(huì)改變方向，因而有電流過(guò)零的時(shí)刻，利用這個(gè)小電流時(shí)間點(diǎn)，我們可以通過(guò)滅弧裝置切斷線路電流。但直流電流方向不會(huì)改變，沒(méi)有這個(gè)過(guò)零點(diǎn)，我們想要滅弧就難了。

1.2 低頻交流呢? 5Hz的交流電有什么問(wèn)題?

一是變壓器效率的問(wèn)題。變壓器是靠原邊的磁場(chǎng)變化，感應(yīng)到副邊升壓或降壓的。磁場(chǎng)變化的頻率越慢，感應(yīng)是越弱的，極端情況就是直流，根本沒(méi)有感應(yīng)，所以頻率太低了不行。當(dāng)然，太高了也會(huì)有漏磁太多的問(wèn)題。

二是用電設(shè)備功率問(wèn)題。舉個(gè)身邊的例子吧，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就是他的頻率，比如怠速時(shí)500轉(zhuǎn)/分鐘，加速換擋時(shí)是3000轉(zhuǎn)/分鐘，換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來(lái)了，轉(zhuǎn)速越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的勁兒(功率)越大。同樣道理，在相同頻率下，發(fā)動(dòng)機(jī)越大，輸出功率越大，這也是為什么柴油機(jī)個(gè)頭都比汽油大的原因，個(gè)兒大勁兒大的柴油機(jī)才能帶動(dòng)公交卡車(chē)等重型汽車(chē)。

1.3 高頻交流呢?比如定在400Hz怎么樣?

首先是線路和設(shè)備的損耗增加，先說(shuō)損耗的事情，輸電線路、變電設(shè)備、用電設(shè)備，都是有電抗的，電抗與頻率成正比，頻率越高，電抗越大，消耗的無(wú)功就越大，能傳遞的有功功率就越少。目前50Hz輸電線路的電抗約0.4歐姆，約是電阻的10倍，如果提高到400Hz，那電抗將是3.2歐姆，約是電阻的80倍。對(duì)于高壓輸電線路，降低電抗是提高輸電功率的關(guān)鍵。與電抗相對(duì)應(yīng)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。(因?yàn)殡娎|的電容效應(yīng)較大，所以這也是電纜線路送電距離不能過(guò)長(zhǎng)的原因。)如果頻率高了，則線路的泄漏電流也會(huì)增加。

另一個(gè)問(wèn)題是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在的發(fā)電機(jī)組基本是單級(jí)機(jī)，也就是一對(duì)磁極。為了發(fā)出50Hz的電，轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)速要達(dá)到3000轉(zhuǎn)。咱們的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000轉(zhuǎn)時(shí)，就能明顯感覺(jué)引擎在振動(dòng)作響了，轉(zhuǎn)到六七千轉(zhuǎn)時(shí)，你會(huì)覺(jué)得發(fā)動(dòng)機(jī)要跳出引擎蓋。小小的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)尚且如此，更何況是一個(gè)重達(dá)百噸的實(shí)心鐵疙瘩轉(zhuǎn)子與汽輪機(jī)，也因此發(fā)電廠的噪音都很大。一個(gè)重達(dá)百噸的鋼轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)談何容易，如果頻率再高三四倍，估計(jì)發(fā)電機(jī)能飛出廠房了。

總結(jié)一下，頻率不能太低的原因：變壓器能效率高，電動(dòng)機(jī)可以個(gè)頭小功率大。頻率不能太高的原因：線路和設(shè)備可以損耗小，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不必過(guò)高。所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣，我們的電能就被定在在50或60Hz。

交流電網(wǎng)的頻率，是電能質(zhì)量的重要標(biāo)志之一，直接關(guān)系許多電能驅(qū)動(dòng)設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量，例如：若電流頻率由50HZ降到48HZ，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將降低4%，致使冶金、化工、機(jī)械、紡織造紙等工業(yè)的產(chǎn)量和質(zhì)量都會(huì)受到影響。而供給工廠的電能頻率是由電力系統(tǒng)決定的。

周立功致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)生產(chǎn)的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，可以測(cè)量帶寬為42.5000-57.5000Hz,測(cè)量精度高達(dá)0.002Hz。同時(shí)在電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置可以記錄頻率異常事情，當(dāng)頻率出現(xiàn)異常時(shí)，針對(duì)事件發(fā)生的時(shí)間段生產(chǎn)的產(chǎn)品，加強(qiáng)品質(zhì)把控，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

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