Tại sao tiêu chuẩn tần số 50 hertz được chọn trong ngành điện

Tại sao cho đến ngày nay trong ngành công nghiệp năng lượng cho việc truyền tải và phân phối điện ở khắp mọi nơi có tần số 50 và 60 Hz được chọn và vẫn được chấp nhận? Bạn đã bao giờ nghĩ về điều này? Nhưng điều này hoàn toàn không phải là ngẫu nhiên.

Ở các quốc gia Châu Âu và CIS, tiêu chuẩn 220 - 240 volt 50 hertz được áp dụng, ở các nước Bắc Mỹ và ở Hoa Kỳ - 110-120 volt 60 Hz, và ở Brazil 120, 127 và 220 volt 60 Hz. Nhân tiện, trực tiếp ở Hoa Kỳ trong ổ cắm đôi khi nó có thể bật ra, giả sử, 57 hoặc 54 Hz. Những con số này đến từ đâu?

Hãy chuyển sang câu chuyện để hiểu chủ đề này. Trong nửa sau của thế kỷ 19, các nhà khoa học từ nhiều quốc gia trên thế giới đã tích cực nghiên cứu điện và tìm kiếm các ứng dụng thực tế cho nó. Thomas Edison đã phát minh ra bóng đèn đầu tiên của mình, qua đó giới thiệu ánh sáng điện. Các nhà máy điện DC đầu tiên được xây dựng. Sự khởi đầu của điện khí hóa ở Hoa Kỳ.

Những chiếc đèn đầu tiên là hình vòng cung, chúng phát sáng với một luồng phóng điện đốt trong không khí mở, đốt cháy giữa hai điện cực carbon. Các nhà thí nghiệm thời đó nhanh chóng phát hiện ra rằng ở mức 45 volt, hồ quang trở nên ổn định hơn, tuy nhiên, để đánh lửa an toàn, một chấn lưu điện trở được nối tiếp với đèn, trong đó khoảng 20 volt rơi trong quá trình hoạt động của đèn.

Vì vậy, trong một thời gian dài, điện áp không đổi 65 volt đã được áp dụng. Sau đó, nó được tăng lên 110 volt, để hai đèn hồ quang có thể được kết nối với mạng cùng một lúc.

Edison là người ủng hộ cuồng nhiệt các hệ thống DC và máy phát điện DC của Edison ban đầu hoạt động như vậy, cung cấp 110 volt DC cho các mạng tiêu dùng.

Nhưng công nghệ Edison Edison DC rất, rất tốn kém, không có lợi về mặt kinh tế: cần phải đặt nhiều dây dày, và việc truyền từ nhà máy điện đến người tiêu dùng không vượt quá khoảng vài trăm mét, vì tổn thất truyền tải là rất lớn.

Sau đó, một hệ thống DC 220 volt ba dây đã được giới thiệu (hai đường dây song song 110 volt mỗi dây), nhưng tình hình về hiệu quả của việc truyền tải như vậy không cải thiện đáng kể.

Sau đó Nikola Tesla Ông đã phát triển các máy phát điện xoay chiều hoàn toàn sáng tạo của riêng mình và giới thiệu một hệ thống tiết kiệm điện để truyền tải điện ở mức điện áp cao vài nghìn volt và điện có thể được truyền đi hàng ngàn mét, tổn thất truyền tải giảm hàng chục lần. Dòng điện trực tiếp của Edison không thể chịu được sự cạnh tranh với dòng điện xoay chiều của Tesla.

Máy biến áp trên sắt hạ điện áp cao xuống 127 volt trong mỗi ba pha, cung cấp cho người tiêu dùng dưới dạng dòng điện xoay chiều. Trong quá trình vận hành máy phát điện, được điều khiển bằng hơi nước hoặc nước rơi, cánh quạt của chúng quay với tần số 3000 vòng / phút và thậm chí nhiều hơn.

Điều này cho phép đèn không nhấp nháy, động cơ không đồng bộ hoạt động bình thường, chịu được tốc độ định mức và máy biến áp để chuyển đổi điện, tăng và giảm điện áp.

Trong khi đó, ở Liên Xô, điện áp của các mạng cho đến thập niên 60 vẫn ở mức 127 volt, sau đó với sự tăng trưởng của công suất sản xuất, nó đã được nâng lên 220 volt, giờ đây đã quen thuộc với chúng ta.

Dolivo-Dobrovolsky, giống như Tesla, người đã nghiên cứu khả năng của dòng điện xoay chiều, đã đề xuất sử dụng dòng điện hình sin để truyền tải điện và đề nghị đặt tần số trong phạm vi từ 30 đến 40 hertz. Sau đó, họ đã hội tụ 50 hertz ở Liên Xô và 60 hertz ở Hoa Kỳ. Các tần số này là tối ưu cho thiết bị AC, hoạt động trong nhiều nhà máy.

Tần số quay của máy phát điện lưỡng cực là 3.000 hoặc tối đa 3.600 vòng / phút và nó chỉ cung cấp tần số 50 và 60 Hz trong quá trình tạo. Đối với hoạt động bình thường của máy phát điện, tần số tối thiểu phải là 50-60 Hz. Máy biến áp công nghiệp dễ dàng chuyển đổi dòng điện xoay chiều của một tần số nhất định.

Ngày nay, về nguyên tắc, có thể tăng tần số truyền tải điện lên nhiều kilohertz, và do đó tiết kiệm vật liệu của dây dẫn trong các đường dây truyền tải điện, tuy nhiên, cơ sở hạ tầng vẫn thích nghi đặc biệt với tần số 50 Hz hiện tại, nó được thiết kế ban đầu trên khắp thế giới, các máy phát điện hạt nhân xoay quanh cùng thế giới ở tốc độ 3000 vòng / phút, chúng vẫn có cùng một cặp cực. Do đó, việc sửa đổi hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối điện là vấn đề của tương lai xa. Đó là lý do tại sao 220 volt 50 hertz vẫn là tiêu chuẩn của chúng tôi cho đến nay.

Comments

[#1]

Chào buổi chiều
Cảm ơn bài viết. Tôi đã quan tâm đến câu hỏi này và hôm nay tôi đã nhận được một câu trả lời thấu đáo.
Nhưng có một vài câu hỏi:
Làm thế nào tốn công là chuyển đổi tần số?
Tại sao "trên toàn thế giới" nếu tiêu chuẩn châu Âu và Mỹ khác nhau?
Và cuối cùng, có rất nhiều bộ nguồn ở mức 50/60 Hz. Những thiết bị điện nào chưa thể có tiêu chuẩn kép?

[#2]

Về nguyên tắc, mọi thứ đều đúng, nhưng nếu chúng ta tính đến thực tế là không khả thi về mặt kinh tế để truyền dòng điện xoay chiều có tần số tăng trên khoảng cách xa do tổn thất do thành phần điện dung của đường dây điện, đây sẽ là một lời giải thích hợp lý hơn. Giảm tần suất một lần nữa đòi hỏi chi phí đáng kể liên quan đến việc tăng kích thước, và tất nhiên chi phí vật liệu trong sản xuất thiết bị.

[#3 khách]

Tất cả mọi thứ từ thực tế là không thể tăng điện áp để truyền năng lượng qua khoảng cách - máy biến áp hoạt động trên dòng điện xoay chiều. Vào thời điểm đó, đó là quyết định đúng đắn duy nhất ..

[#4]

Đối với Dolivo-Dobrovolsky --- "nhà cải tiến kỹ sư" này đã làm việc cho Edison, người đã đánh cắp (người không trả tiền) bằng sáng chế của Tesla cho một phần thiết bị của hệ thống AC hai pha .... đồng thời, chính Tesla đã đe dọa rằng với tòa án ... Edison nhìn thấy Làm thế nào tiền trôi vào công ty Westinghouse (công việc cải tiến vẫn tiếp tục), ông đã đưa ra bất cứ điều gì tốt hơn và được cấp bằng sáng chế cho hệ thống hiện tại ba pha ..... với những sửa đổi nguyên thủy nhất của hệ thống hai pha .. Dolivo-Dobrovolsky đã thực hiện công việc sửa đổi, làm mất tất cả mọi thứ chính xác là 30% cho hàng tiêu dùng, và ở đó, hoàn toàn không có lợi ích gì ngoại trừ sự phức tạp của dây và thiết kế. Điều này đã được thực hiện ở châu Âu, nơi có một vài dòng DC cho hai dây, không giống như Mỹ, nơi chúng đã có mặt ở khắp mọi nơi và Tesla đang phát triển một hệ thống hai pha chỉ với mục đích sử dụng ..

[#5 Alex gal]

"Đối với hoạt động bình thường của máy phát điện, tần số phải ít nhất là 50-60 Hz"

Tại sao lại như vậy? Máy phát điện không quan tâm tần số nó sẽ phát ra.

Bài báo nói rất nhiều chính xác, trong sự rõ ràng đầy đủ không có lý do tại sao 50Hz được sử dụng.

Nhưng trên thực tế, mọi thứ rất đơn giản, nhưng bài báo không nói như vậy. Trên thực tế, động cơ hơi nước không thể hoạt động ở tốc độ 3000 vòng / phút, tối đa 100-200 vòng / phút. Với tần suất như vậy, người đầu tiên trong số họ làm việc, tăng tốc độ với bộ giảm tốc đai. Bạn đã giành chiến thắng nâng cao ở đó.Và vì tần số của dòng điện xoay chiều phụ thuộc trực tiếp vào số vòng quay f = n / 60 cho một cặp cực, trong khi về mặt kỹ thuật rất khó để có được số vòng quay cao, do đó tần số được chọn càng thấp càng tốt. Và vì 3000 vòng / phút là không thể đạt được, họ đã tăng số lượng cặp cực của máy phát. Một máy phát điện như vậy, ví dụ, với 8 cực được xây dựng lại vào năm 1878. Anh ta phát ra 40Hz từ một động cơ hơi nước, vì điều này, anh ta đã quay tới 600 vòng quay thông qua bộ giảm tốc.

Đó là, đây là một ví dụ về khó khăn để có được điện áp cung cấp tần số cao. Bây giờ tại sao không phải 30, không phải 40, mà là 50 hoặc 60Hz.

Mọi thứ đều đơn giản. Bạn đã đúng rằng người tiêu dùng đầu tiên cho các máy phát điện này là bóng đèn. Tần số đề xuất 30-40Hz gây ra các xung ánh sáng khó chịu và đáng chú ý. Ở tần số 50 Hz, các xung đã hầu như không đáng chú ý, ở trên - có những khó khăn khi tăng tốc độ của trục máy phát hoặc với thiết kế kỹ thuật của cuộn dây máy phát (số cực của nó). Một cái gì đó như thế này.

[#6 Tối đa]

Việc tăng tần số dẫn đến sự gia tăng tổn thất về điện dung và độ tự cảm + phát xạ vô tuyến. Chỉ cần trên dòng của trực tiếp, tổn thất tối thiểu. Kilohertz lái xe oh tôi nghi ngờ làm thế nào nó sẽ rít lên nó sẽ là 110kV thú vị.

[#7 Jnsx]

Nhưng lý tưởng cho mắt, tần số tốt hơn là 100Hz? Hoặc tôi sai khi so sánh tần số ánh sáng nhấp nháy với tần số của màn hình. Nhưng nếu một bóng đèn ở tần số 50Hz vẫn nhấp nháy một chút, thì ở mức 60 thì nó nhấp nháy ít hơn và ở 100Hz sẽ có một ánh sáng sạch đẹp ngay cả? Và toàn bộ vấn đề là chi phí?

[#8 Kitaro]

Như thường lệ, mọi người đều lầm lạc. Xem cách các bộ sạc hoạt động ở tần số cao hơn đã giảm. Nguồn điện, bộ biến tần và các thiết bị khác được giảm bằng cách tăng tần số của nguồn điện. Không chỉ vậy, ở một số tần số nhất định, một người không cảm nhận được dòng điện đi qua cơ thể mình. Bạn có thể nói nhiều hơn về khả năng tăng tần số ...

[#9 Konoplyov]

Phân cấp và tự chủ sản xuất năng lượng ở cấp độ cụm 20-200m sẽ cứu nền kinh tế thế giới và do đó, nền văn minh. Đồng thời, một máy phát 5 kW không nên đắt hơn một điện thoại di động đơn giản có nút bấm, ngoại lệ là người tiêu dùng công nghiệp.

[#10 Ratibor]

Điều từ kẻ ác. Chỉ cần thừa nhận rằng tần suất cao không có lợi cho các nhà tư bản tư sản, vì những tổn thất trong mạng lưới sẽ biến mất, mọi người sẽ không bị sốc và sẽ không cần phải xây dựng các nhà máy điện hạt nhân và nhà máy nhiệt điện, cũng như trả tiền cho ánh sáng. Và 50 Hz rất có hại cho bộ não con người, đó là một sự thật. Mọi người nên tắm trong năng lượng và sống giàu có, nhưng những người hầu của java không cho phép điều này.

[#11 Konstantin]

Bài báo là về không có gì, ý chính: tốt, nó đã xảy ra. Tất cả các thông tin chính là trong các ý kiến ​​(((
Tôi sẽ thêm một mục nữa: trong các mặt phẳng, tần số tăng của mạng bên trong = 400 Hz được sử dụng, lợi thế: thiết bị nhỏ gọn. Nhiều thiết bị vẫn cần dòng điện không đổi và cần ít tụ điện hơn để khắc phục 400Hz so với chỉnh lưu 50 / 60Hz

[#12 Serzhik]

Không so sánh thiết bị tiêu dùng (sạc) và đường truyền. Để truyền một điện áp tần số cao (hàng trăm kilohertz) như vậy qua các dây dẫn mà không có bất kỳ tổn thất lớn nào đến một khoảng cách xa.

[#13 Pavel]

Tần số 50 Hz trong các mạng điện gia dụng đã được chọn, có lẽ do đèn sợi đốt được sử dụng ở mọi nơi và quán tính nhiệt của chúng cho phép tần số được áp dụng lên đến khoảng 25 Hz (ở tần số thấp hơn, xung ánh sáng trở nên đáng chú ý). Đây là ngưỡng thấp hơn. Vâng, cái trên cùng có liên quan đến khả năng kỹ thuật của máy phát điện.

[#14 Khuyết danh]

Trên thực tế, hệ thống ba pha cho phép bạn tổ chức một ổ điện đơn giản và hiệu quả, trái ngược với một pha (không phải hai pha!), Yêu cầu tụ điện chuyển pha và có hiệu suất thấp.

Trong hàng không, tần số 400 Hz được sử dụng do sự hiện diện của người tiêu dùng cụ thể - chân trời và trục dọc, bánh đà phải quay với tần số cao, được cung cấp bởi động cơ điện không đồng bộ được cung cấp từ mạng như vậy.