Varför frekvensstandarden på 50 hertz väljs i elkraftsindustrin

Varför hittills i energibranschen för överföring och distribution av el överallt har frekvenserna 50 och 60 Hz valts och förblir accepterade? Har du någonsin tänkt på det här? Men detta är inte alls oavsiktligt.

I länderna i Europa och CIS antas standarden 220-240 volt på 50 hertz, i de nordamerikanska länderna och i USA - 110-120 volt på 60 Hz, och i Brasilien 120, 127 och 220 volt på 60 Hz. Förresten, direkt i USA i utloppet ibland kan det visa sig, säga, 57 eller 54 Hz. Var kommer dessa nummer ifrån?

Låt oss vända oss till historien för att förstå det här ämnet. Under andra hälften av 1800-talet studerade forskare från många länder i världen aktivt elektricitet och letade efter praktiska tillämpningar för det. Thomas Edison uppfann sin första glödlampa och introducerade därmed elektrisk belysning. De första DC-kraftverken byggdes. Början av elektrifiering i USA.

De första lamporna var båge, de glödde med en elektrisk urladdning som brände i det fria, antändes mellan två kolelektroder. Experimenterna på den tiden konstaterade snabbt att det var vid 45 volt som bågen blev mer stabil, men för säker tändning anslöts en resistiv ballast i serie med lampan, på vilken cirka 20 volt föll under lampans drift.

Så under lång tid applicerades en konstant spänning på 65 volt. Därefter ökades den till 110 volt, så att två båglampor kunde anslutas till nätverket samtidigt.

Edison var en fanatisk anhängare av likströmssystem, och Edisons likströmsgeneratorer fungerade ursprungligen så, levererade 110 volt DC till konsumentnätverk.

Men Edisons DC-teknik var mycket, mycket kostsam, ekonomiskt olönsam: det var nödvändigt att lägga en massa tjocka ledningar, och överföringen från kraftverket till konsumenten överskred inte ett avstånd på flera hundra meter, eftersom överföringsförlusterna var enorma.

Senare infördes ett tretrådigt 220-volt DC-system (två parallella linjer med 110 volt vardera), men situationen med avseende på effektiviteten för en sådan transmission har inte förbättrats avsevärt.

senare Nikola Tesla Han utvecklade sina egna, helt innovativa växelströmsgeneratorer och introducerade ett kostnadseffektivt system för överföring av el vid höga spänningar på flera tusen volt, och el kunde överföras tusentals meter, överföringsförlusterna minskade med tiotals gånger. Edisons likström kunde inte tåla konkurrensen med Teslas växelström.

Transformatorer på järn sänkte högspänningen till 127 volt i vart och ett av de tre faserna, vilket tillförde konsumenten i form av växelström. Under drift av växelströmsgeneratorer, drivna av ånga eller fallande vatten, roterade deras rotorer med en frekvens av 3000 varv / min och ännu mer.

Detta tillät lamporna att inte flimra, asynkronmotorer fungerar normalt, motstå nominellt varvtal och transformatorer för att konvertera el, öka och minska spänningen.

Samtidigt, i Sovjetunionen, var nätverkets spänning fram till 60-talet kvar på nivån 127 volt, då med ökningen av produktionskapaciteten höjdes den till 220 volt som vi nu är bekanta med.

Dolivo-Dobrovolsky, liksom Tesla, som studerade möjligheterna till växelström, föreslog att använda sinusformad ström för elektrisk kraftöverföring och föreslog att ställa in frekvensen i området 30 till 40 hertz. Senare konvergerade de på 50 hertz i Sovjetunionen och på 60 hertz i USA. Dessa frekvenser var optimala för växelströmsutrustning, som fungerade i många fabriker.

Rotationsfrekvensen för en bipolär växelströmsgenerator är 3 000 eller högst 3 600 varv / min, och den ger bara frekvenserna 50 och 60 Hz under generering. För normal drift av generatorn bör frekvensen vara minst 50-60 Hz. Industriella transformatorer konverterar enkelt växelström med en given frekvens.

I dag är det i princip möjligt att öka frekvensen för elektrisk kraftöverföring till många kilohertz, och därmed spara på material av ledare i kraftöverföringsledningar, men infrastrukturen förblir anpassad specifikt för en nuvarande frekvens på 50 Hz, den var så utformad initialt runt om i världen, generatorer i kärnkraftverk roterar med samma vid en hastighet på 3000 varv / min har de fortfarande samma parpar. Därför är modifieringen av kraftproduktions-, överförings- och distributionssystem en fråga om en avlägsen framtid. Det är därför 220 volt på 50 Hertz förblir vår standard hittills.

Comments

[#1]

God eftermiddag
Tack för artikeln. Jag var intresserad av denna fråga och idag fick jag ett uttömmande svar.
Men det finns ett par frågor:
Hur besvärlig är frekvensomvandling?
Varför "världen över" om europeiska och amerikanska standarder är olika?
Och slutligen finns det en hel del strömförsörjning vid 50/60 Hz. Vilken elektrisk apparat kan ännu inte ha dubbla standarder?

[#2]

I princip är allt korrekt, men med tanke på att det inte är ekonomiskt genomförbart att överföra växelström med ökad frekvens över långa avstånd på grund av förluster orsakade av den kapacitiva komponenten i kraftledningar, skulle detta vara en mer trovärdig förklaring. Att sänka frekvensen igen medför betydande kostnader i samband med ökningen i storlek och naturligtvis materialkostnader vid tillverkning av utrustning.

[#3 gäst]

Allt från det faktum att det inte var möjligt att höja spänningen för att överföra kraft över avstånd - transformatorer arbetar på växelström. Vid den tiden var det det enda rätt beslutet ..

[#4]

När det gäller Dolivo-Dobrovolsky --- arbetade denna "ingenjör-innovatör" för Edison, som stal (betalade inte) Teslas patent för en del av utrustningen i ett tvåfas AC-system .... medan Tesla själv hotade detta med en allvarlig domstol ... Edison ser hur pengarna flyttade bort till Westinghouse-företaget (förbättringsarbetet fortsatte), kom inte med något bättre och patenterade ett trefasströmssystem ..... med de mest primitiva modifieringarna av tvåfassystemet. Dolivo-Dobrovolsky utförde modifieringsarbetet, vilket kostade allt exakt 30% för förbrukningsvaror, och det finns absolut ingen fördel förutom den extra tråd- och designkomplexiteten. Detta gjordes i Europa, där det fanns få DC-linjer för två ledningar, till skillnad från Amerika, där de redan fanns överallt och Tesla utvecklade ett tvåfassystem med mark endast för att använda dem ..

[#5 Alex gal]

"För normal drift av generatorn måste frekvensen vara minst 50-60 Hz"

Varför är det så? Generatorn bryr sig inte vilken frekvens den kommer att ge ut.

Artikeln säger mycket korrekt, i full klarhet finns det inget varför 50Hz används.

Men i själva verket är allt väldigt enkelt, men artikeln säger inte det. Faktum är att ångmotorer inte kan arbeta med en hastighet på 3000 varv / minut, högst 100-200 varv / minut. Vid en sådan frekvens fungerade den första av dem, vilket ökade hastigheten med bältdämpare. Du kommer inte att höja mycket där.Och eftersom frekvensen för växelströmmen direkt beror på antalet varv f = n / 60 för ett par poler, medan det var tekniskt svårt att få höga varv, varför frekvensen valt så låg som möjligt. Och eftersom 3000 varv / minut inte kunde uppnås ökade de antalet par generatorpoler. En sådan generator, till exempel, med åtta poler byggdes tillbaka 1878. Han gav ut 40Hz från en ångmotor, för detta snurrar han upp till 600 varv genom en bältdämpare.

Det vill säga, detta är ett exempel på svårigheten att få en högfrekvent matningsspänning. Nu varför inte 30, inte 40, men 50 eller 60Hz.

Allt är enkelt. Du har rätt att de första konsumenterna för dessa generatorer var glödlampor. Den föreslagna frekvensen 30-40Hz orsakade obehagliga och märkbara pulsationer av belysning. Vid 50 Hz var pulseringarna redan knappt märkbara ovan - det fanns svårigheter med att öka hastigheten på generatoraxeln eller med den tekniska utformningen av generatorlindningen (antalet poler). Något som det här.

[#6 Maxim]

Ökning av frekvensen leder till en ökning av förluster i kapacitans och induktans + radioutsläpp. Bara på linjen med likström minimalt förluster. Kilohertz för att köra åh jag tvivlar på hur det kommer att knälla på det redan kommer att vara 110kV intressant.

[#7 Jnsx]

Men idealiskt för ögonen, är en bättre frekvens 100Hz? Eller har jag fel jämfört frekvensen för flimrande ljus med monitorns frekvens. Men om en glödlampa vid 50Hz fortfarande flimrar lite, då vid 60 blinkar den mindre och vid 100Hz kommer det att vara ett trevligt rent jämnt ljus? Och hela problemet är kostnaden?

[#8 Kitaro]

Som vanligt blir alla vilseledda. Se hur laddarna som arbetar med högre frekvenser har minskat. Strömförsörjning, växelriktare och andra enheter reduceras genom att öka nätfrekvensen. Inte bara att en person känner inte strömmen genom sin kropp vid vissa frekvenser. Du kan berätta mycket mer om möjligheterna till ökade frekvenser ...

[#9 Konoplyov]

Decentralisering och autonomi för energiproduktion på klusternivån 20-200 miljoner kommer att rädda världsekonomin och därmed civilisationen. Samtidigt bör en 5 kW-generator inte vara dyrare än en enkel mobiltelefon med knappar, undantaget är den industriella konsumenten.

[#10 Ratibor]

Artikel från den onda. Bekräfta bara att den höga frekvensen inte är till nytta för de borgerliga kapitalisterna, eftersom förlusterna i nätverken kommer att försvinna, människor kommer inte att bli chockade och att det inte kommer att behöva bygga kärnkraftverk och termiska kraftverk samt betala för ljuset. Och 50 Hz är mycket skadligt för den mänskliga hjärnan, det är ett faktum. Människor bör bada i energi och leva rikt, men javaens tjänare tillåter inte detta.

[#11 Konstantin]

Artikeln handlar om ingenting, huvudidén: det hände. All huvudinformation finns i kommentarerna ((((
Jag kommer att lägga till en till: i plan används en ökad frekvens för det interna nätverket = 400 Hz, fördel: kompakt utrustning. Många enheter kräver fortfarande en konstant ström, och mycket mindre kondensatorer behövs för att korrigera 400Hz än för att korrigera 50 / 60Hz

[#12 Serjik]

Jämför inte konsumentutrustning (laddning) och transmissionslinjer. Att överföra en sådan högfrekvent (hundratals kilohertz) spänning över ledningarna utan några stora förluster på långt avstånd.

[#13 Paul]

Frekvensen på 50 Hz i hushållens elektriska nätverk valdes, möjligen på grund av att glödlampor användes överallt, och deras termiska tröghet gör att frekvensen kan appliceras upp till cirka 25 Hz (vid en lägre frekvens blir ljuspulsering märkbar). Detta är den lägre tröskeln. Det bästa är relaterat till generatorernas tekniska kapacitet.

[#14 anonym]

I själva verket tillåter ett trefas system att du organiserar en enkel och effektiv elektrisk enhet, i motsats till en enfas (inte tvåfas!), Kräver fasförskjutande kondensatorer och har låg effektivitet.

I luftfarten används en frekvens på 400 Hz på grund av närvaron av specifika konsumenter - horisonter och gyrot vertikala, vars svänghjul måste rotera med en hög frekvens, vilket tillhandahålls av asynkrona elektriska motorer som drivs från ett sådant nätverk.