Hvorfor frekvensstandarden på 50 hertz er valgt i elektrisk kraftindustri

Hvorfor i dag i energibransjen for overføring og distribusjon av elektrisitet overalt har frekvenser på 50 og 60 Hz blitt valgt og fortsatt akseptert? Har du noen gang tenkt på dette? Men dette er slett ikke tilfeldig.

I landene i Europa og CIS blir standard 220-240 volt på 50 hertz vedtatt, i de nordamerikanske landene og i USA - 110-120 volt på 60 Hz, og i Brasil 120, 127 og 220 volt på 60 Hz. Forresten, direkte i USA i utløpet noen ganger kan det vise seg, si, 57 eller 54 Hz. Hvor kommer disse tallene fra?

La oss vende oss til historien for å forstå dette emnet. I andre halvdel av 1800-tallet studerte forskere fra mange land i verden aktivt elektrisitet og lette etter praktiske bruksområder for det. Thomas Edison oppfant sin første lyspære, og introduserte dermed elektrisk belysning. De første DC-kraftverkene ble bygget. Begynnelsen på elektrifisering i USA.

De første lampene var lysbue, de glødet med en elektrisk utladning som brant i friluft, antent mellom to karbonelektroder. Den gang eksperimentene fant raskt ut at det var ved 45 volt at buen ble mer stabil, men for sikker antennelse ble en resistiv ballast i serie koblet med lampen, som omtrent 20 volt falt under driften av lampen.

Så lenge ble det påført en konstant spenning på 65 volt. Deretter ble den økt til 110 volt, slik at to buelamper kunne kobles til nettverket samtidig.

Edison var en fanatisk tilhenger av DC-systemer, og Edisons DC-generatorer arbeidet opprinnelig slik, og leverte 110 volt DC til forbrukernettverk.

Men Edisons DC-teknologi var veldig, veldig kostbar, økonomisk ulønnsom: det var nødvendig å legge mange tykke ledninger, og overføringen fra kraftverket til forbrukeren overskred ikke en avstand på flere hundre meter, siden overføringstapene var enorme.

Senere ble et tretråds 220-volt DC-system introdusert (to parallelle linjer på 110 volt hver), men situasjonen med hensyn til effektiviteten til en slik overføring forbedret seg ikke nevneverdig.

senere Nikola Tesla Han utviklet sine egne, helt innovative alternatorer, og introduserte et kostnadseffektivt system for overføring av elektrisitet ved høye spenninger på flere tusen volt, og elektrisitet kunne overføres tusenvis av meter, overføringstap reduserte seg med titalls ganger. Edisons likestrøm tålte ikke konkurransen med Teslas vekselstrøm.

Transformatorer på jern senket høyspenningen til 127 volt i hver av de tre fasene, og forsynte den til forbrukeren i form av vekselstrøm. Under drift av generatorer, drevet av damp eller fallende vann, roterte rotorene deres med en frekvens på 3000 o / min og enda mer.

Dette gjorde at lampene ikke flimret, asynkrone motorer kunne fungere normalt, motstå nominelle hastigheter, og transformatorer for å konvertere strøm, øke og redusere spenningen.

I mellomtiden, i USSR, ble spenningen til nettverkene til 60-tallet holdt seg på nivået på 127 volt, og deretter med veksten i produksjonskapasiteten ble den hevet til 220 volt, som nå er kjent for oss.

Dolivo-Dobrovolsky, som Tesla, som studerte mulighetene for vekselstrøm, foreslo å bruke en sinusformet strøm for elektrisk kraftoverføring, og foreslo å stille frekvensen i området fra 30 til 40 hertz. Senere konvergerte de på 50 hertz i USSR og på 60 hertz i USA. Disse frekvensene var optimale for vekselstrømsutstyr, som fungerte i mange fabrikker.

Rotasjonsfrekvensen til en bipolar generator er 3000 eller maksimalt 3600 omdreininger per minutt, og den gir bare frekvensene 50 og 60 Hz under generasjon. For normal drift av generatoren, bør frekvensen være minst 50-60 Hz. Industrielle transformatorer konverterer enkelt vekselstrøm med en gitt frekvens.

I dag er det i prinsippet mulig å øke frekvensen av elektrisk kraftoverføring til mange kilohertz, og dermed spare på materialer til ledere i kraftoverføringsledninger, men infrastrukturen forblir tilpasset spesielt for en strømfrekvens på 50 Hz, den ble designet slik opprinnelig rundt om i verden, generatorer i kjernekraftverk roterer med det samme med en hastighet på 3000 o / min, har de fortsatt det samme paret. Derfor er modifisering av kraftproduksjons-, overførings- og distribusjonssystemer et spørsmål om den fjerne fremtiden. Det er grunnen til at 220 volt på 50 hertz fortsatt er vår standard så langt.

Comments

[#1]

God ettermiddag
Takk for artikkelen. Jeg var interessert i dette spørsmålet, og i dag fikk jeg et uttømmende svar.
Men det er et par spørsmål:
Hvor arbeidskrevende er frekvensomforming?
Hvorfor "verdensomspennende" hvis europeiske og amerikanske standarder er forskjellige?
Og til slutt, det er mange strømforsyninger på 50/60 Hz. Hvilket elektrisk apparat kan ennå ikke ha doble standarder?

[#2]

I prinsippet er alt riktig, men hvis vi tar hensyn til det faktum at det ikke er økonomisk mulig å overføre vekselstrøm med økt frekvens over lange avstander på grunn av tap forårsaket av den kapasitive komponenten i kraftledninger, ville dette være en mer sannsynlig forklaring. Å senke frekvensen igjen medfører betydelige kostnader forbundet med en økning i størrelse, og selvfølgelig materialkostnader ved produksjon av utstyr.

[#3 gjest]

Alt fra det faktum at det ikke var mulig å heve spenningen for å overføre strøm over avstander - transformatorer fungerer på vekselstrøm. På den tiden var det den eneste riktige avgjørelsen ..

[#4]

Når det gjelder Dolivo-Dobrovolsky --- denne "ingeniør-innovatøren" jobbet for Edison, som stjal (ikke betalte) Teslas patenter for deler av utstyret til et tofaset AC-system .... mens Tesla selv truet dette med en alvorlig domstol ... Edison ser hvordan pengene fløt bort til Westinghouse-selskapet (forbedringsarbeidet fortsatte), kom ikke opp med noe bedre og patenterte et trefaset nåværende system ..... med de mest primitive modifikasjonene av to-fasesystemet .. Dolivo-Dobrovolsky utførte modifikasjonsarbeidet, som kostet alt nøyaktig 30% for forbruksvarer, og det er absolutt ingen fordel bortsett fra den ekstra ledningen og designkompleksiteten. Dette ble gjort i Europa, hvor det var få likestrømslinjer for to ledninger, i motsetning til Amerika, hvor de allerede var overalt, og Tesla utviklet et tofase-system med jord bare til bruk for deres bruk ..

[#5 Alex gal]

"For normal drift av dynamo må frekvensen være minst 50-60 Hz"

Hvorfor er det slik? Generatoren bryr seg ikke hvilken frekvens den vil gi ut.

Artikkelen sier mye riktig, i full klarhet er det ikke grunnen til at 50Hz brukes.

Men faktisk er alt veldig enkelt, men artikkelen sier ikke det. Dampmotorer kan faktisk ikke operere med en hastighet på 3000 o / min, maksimalt 100-200 o / min. Ved en slik frekvens virket den første av dem, noe som økte hastigheten med beltehempere. Du vil ikke heve mye der.Og siden frekvensen av vekselstrømmen direkte avhenger av antall omdreininger f = n / 60 for ett par poler, mens det teknisk var vanskelig å oppnå høye omdreininger, ble frekvensen derfor valgt så lav som mulig. Og siden 3000 o / min ikke var oppnåelig, økte de antall par generatorpoler. En slik generator, for eksempel med 8 poler, ble bygget tilbake i 1878. Han ga ut 40Hz fra en dampmaskin, for dette snurrer han opp til 600 omdreininger gjennom en belte redusering.

Det vil si at dette er et eksempel på vanskeligheten med å oppnå en høyfrekvent forsyningsspenning. Nå hvorfor ikke 30, ikke 40, men 50 eller 60Hz.

Alt er enkelt. Du har rett i at de første forbrukerne for disse generatorene var lyspærer. Den foreslåtte frekvensen på 30-40Hz forårsaket ubehagelige og merkbare pulseringer av belysning. Ved 50 Hz var pulsasjonene allerede knapt merkbare, over - det var vanskeligheter med å øke hastigheten på generatorakselen eller med den tekniske utformingen av generatorviklingen (antall poler). Noe som dette.

[#6 Maxim]

Å øke frekvensen fører til en økning i tap i kapasitans og induktans + radioutslipp. Bare på lik linje med et minimum av tap. Kilohertz å kjøre å, jeg tviler på hvordan det vil knirke på det allerede vil være 110kV interessant.

[#7 Jnsx]

Men ideelt for øynene, er en bedre frekvens 100Hz? Eller tar jeg feil når jeg sammenligner frekvensen av flimrende lys med frekvensen på skjermen. Men hvis en lyspære på 50Hz fremdeles flimrer litt, så vil den ved 60 flimmer mindre og på 100Hz blir det et fint, jevnt lys? Og hele problemet er kostnadene?

[#8 Kitaro]

Som vanlig blir alle villedet. Se hvordan ladere som opererer med høyere frekvenser har redusert. Strømforsyninger, omformere og andre enheter reduseres ved å øke frekvensen til strømnettet. Ikke bare det at ved bestemte frekvenser føler en person ikke strømmen gjennom kroppen. Du kan fortelle mye mer om mulighetene for økte frekvenser ...

[#9 Konoplyov]

Desentralisering og autonomi for energiproduksjon på klyngenivå på 20-200m vil redde verdensøkonomien og følgelig sivilisasjonen. Samtidig skal en 5 kW generator ikke være dyrere enn en enkel mobiltelefon med knapper, unntaket er den industrielle forbrukeren.

[#10 Ratibor]

Artikkel fra den onde. Bare innrøm at høyfrekvensen ikke er gunstig for de borgerlige kapitalistene, siden tapene i nettverkene forsvinner, folk ikke vil bli sjokkert og det ikke vil være behov for å bygge atomkraftverk og termiske kraftverk, samt betale for lyset. Og 50 Hz er veldig skadelig for menneskets hjerne, det er et faktum. Folk burde bade i energi og leve rikt, men javaens tjenere tillater ikke dette.

[#11 Konstantin]

Artikkelen handler om ingenting, hovedideen: vel, det skjedde. All hovedinformasjon er i kommentarene ((((
Jeg vil legge til en til: i fly brukes en økt frekvens av det interne nettverket = 400 Hz, fordel: kompakt utstyr. Mange enheter krever fortsatt konstant strøm, og det trengs mye mindre kondensatorer for å rette opp 400Hz enn for å rette opp 50 / 60Hz

[#12 Serjik]

Ikke sammenlign forbrukerutstyr (lading) og overføringslinjer. Å overføre en så høyfrekvent (hundrevis av kilohertz) spenning over ledningene uten store tap på lang avstand.

[#13 Paul]

Frekvensen på 50 Hz i elektriske husholdningsnett ble valgt, muligens på grunn av at glødelamper ble brukt overalt, og deres termiske treghet gjør at frekvensen kan brukes opp til omtrent 25 Hz (ved en lavere frekvens blir lyspulsering merkbar). Dette er den nedre terskelen. Vel, den øverste er relatert til de tekniske egenskapene til generatorene.

[#14 anonym]

Faktisk lar et trefase-system deg organisere en enkel og effektiv elektrisk stasjon, i motsetning til en enfase (ikke tofase!), Som krever faseforskyvningskondensatorer og har lav effektivitet.

I luftfart brukes en frekvens på 400 Hz på grunn av tilstedeværelsen av spesifikke forbrukere - horisonter og gyro-vertikale, hvis svinghjul må rotere med en høy frekvens, som leveres av asynkrone elektriske motorer drevet fra et slikt nettverk.