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為什么輸配電要用50HZ的頻率

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

世界上有些國家,例如英美用的是60Hz的交流電,因為采用的是十二進制,什么12星座、12小時、12先令等于1英鎊等等。后來的國家都采用十進制了,所以頻率是50Hz。當然還有某奇葩的漆器國,東邊用50Hz,西邊用60Hz。。。

總體來說50Hz60Hz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5Hz400Hz?

先說頻率低了會怎么樣吧。

頻率*低就是0,也就是直流。史上*經典的就是愛迪生和特斯拉的直流交流大戰,愛迪生為了證明特斯拉的交流電有危險,用交流電電死了若干動物,其中還包括一頭大象,愛老先生也是蠻拼的~(客觀上說,同樣的電流大小下,人體耐受直流電的時間是要長于耐受交流電的時間,跟心室震顫什么的有關系,也就是交流電更危險)

不過*后愛迪生還是輸給了特斯拉,憑借交流電方便改變電壓等級的優勢,交流電戰勝了直流電。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。而直流電當時無法變壓,發電機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,所以愛迪生當時建的電廠有點像現在的分布式電源,到處都是。

直流送電另一個問題是難以開斷,直到現在這個問題還困擾著直流輸電。我們平時在拔一些電器的插銷時,還會打電火花。直流輸電的問題同電火花一樣,當電流大到一定程度時,這個電火花是無法熄滅的,我們稱之為“電弧”。對于交流電而言,電流會改變方向,因而有電流過零的時刻,利用這個小電流時間點,我們可以通過滅弧裝置切斷線路電流。但直流電流方向不會改變,沒有這個過零點,我們想要滅弧就難了。為什么輸配電要用50HZ的頻率。

直流講明白了,那低頻交流,比如5Hz的交流電有什么問題呢?

一是變壓器效率的問題。變壓器是靠原邊的磁場變化,感應到副邊升壓或降壓的。磁場變化的頻率越慢,感應是越弱的,極端情況就是直流,根本沒有感應,所以頻率太低了不行。當然,太高了也會有漏磁太多的問題,后面會講到。(學過電機學的朋友可以回憶,變壓器等效電路中間有個勵磁支路,勵磁電抗Xm是與頻率乘正比的,只有頻率足夠大,勵磁電抗才能足夠大,以至于忽略勵磁電流的分流作用,忽略勵磁損耗)

二是用電設備功率問題。舉個身邊的例子吧,汽車發動機的轉速就是他的頻率,比如怠速時500/分鐘,加速換擋時是3000/分鐘,換算成頻率分別是8.3Hz50Hz。這就看出來了,轉速越高,發動機的勁兒(功率)越大。同樣道理,在相同頻率下,發動機越大,輸出功率越大,這也是為什么柴油機個頭都比汽油大的原因,個兒大勁兒大的柴油機才能帶動公交卡車等重型汽車。為什么輸配電要用50HZ的頻率。

同理,電動機(或者說一切轉動機械)既要求個頭小,有要求輸出功率大,只有一個辦法——提高轉速,這也就是為什么交流電頻率不能太低的原因,因為我們需要個頭小但功率大的電動機。類似的如,飛機的航空發動機,每分鐘轉速高達上萬轉,就是為了“小身體大能量”,飛機的電源也是400Hz(24000/),因為發動機轉速太高,發電的頻率就高了。變頻空調也是同樣的道理,通過變換交流電的頻率,來控制空調壓縮機的輸出功率。總之,功率與頻率在一定范圍內正相關。

(這里順便說下現在汽車廠商的發動機功率參數。有些廠商為了表明今年的車型比去年的性能提高了,就把發動機的*大功率調高了,比如把240kW調高到260kW,乍一看以為發動機更先進了。其實各位還要再看一個參數——*大功率轉速,有時候這個參數也同步調高了。去年的車型是5000轉時達到*大功率,今年改成6000轉了,實際是用轉速的提高帶來了輸出功率的增加,而不是性能真正提高。發動機每分鐘6000轉什么概念呢——大概是狠狠的地板油吧~)

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