เหตุใดจึงเลือกความถี่มาตรฐาน 50 เฮิรตซ์ในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า

ทำไมถึงทุกวันนี้ในอุตสาหกรรมพลังงานสำหรับการส่งและจำหน่ายไฟฟ้าทุกแห่งมีความถี่ 50 และ 60 เฮิร์ตซ์ที่ได้รับเลือกและยังคงได้รับการยอมรับ คุณเคยคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้หรือไม่? แต่นี่ไม่ได้ตั้งใจเลย

ในประเทศในยุโรปและ CIS นั้นมีการใช้มาตรฐาน 220-240 โวลต์ 50 เฮิร์ตซ์ในประเทศอเมริกาเหนือและในสหรัฐอเมริกา - 110-120 โวลต์ 60 เฮิร์ตซ์และในบราซิล 120, 127 และ 220 โวลต์ 60 เฮิร์ตซ์ โดยวิธีการโดยตรงในสหรัฐอเมริกาในเต้าเสียบบางครั้งก็สามารถเปิดออกพูด 57 หรือ 54 เฮิร์ตซ์ ตัวเลขเหล่านี้มาจากไหน

ลองมาที่เรื่องเพื่อทำความเข้าใจหัวข้อนี้ ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์จากหลายประเทศทั่วโลกได้ศึกษาไฟฟ้าอย่างจริงจังและค้นหาการใช้งานจริง โทมัสเอดิสันคิดค้นหลอดไฟหลอดแรกของเขาดังนั้นจึงแนะนำหลอดไฟฟ้า โรงไฟฟ้ากระแสตรงแห่งแรกสร้างขึ้น จุดเริ่มต้นของการใช้พลังงานไฟฟ้าในสหรัฐอเมริกา

หลอดแรกเป็นส่วนโค้งพวกเขาเปล่งประกายด้วยการคายประจุไฟฟ้าในที่โล่งซึ่งจุดประกายระหว่างขั้วไฟฟ้าคาร์บอนสองอัน ผู้ทดสอบในเวลานั้นพบอย่างรวดเร็วว่ามันอยู่ที่ 45 โวลต์ซึ่งอาร์คเริ่มมีความเสถียรมากขึ้นอย่างไรก็ตามเพื่อความปลอดภัยในการจุดระเบิดบัลลาสต์แบบต้านทานได้ถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับหลอดไฟซึ่งประมาณ 20 โวลต์ตกลงระหว่างการทำงาน

ดังนั้นเป็นเวลานานแรงดันคงที่ 65 โวลต์ถูกนำไปใช้ จากนั้นมันจะเพิ่มเป็น 110 โวลต์เพื่อให้สองหลอดอาร์คสามารถเชื่อมต่อกับเครือข่ายได้ในเวลาเดียวกัน

Edison เป็นผู้สนับสนุนที่คลั่งไคล้ของระบบ DC และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า DC ของ Edison นั้นเริ่มทำงานเช่นนั้นโดยส่ง 110 volts DC ไปยังเครือข่ายผู้บริโภค

แต่เทคโนโลยี DC ของ Edison นั้นมีค่าใช้จ่ายสูงมากและไม่ได้ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ: มันจำเป็นต้องวางสายไฟจำนวนมากและการส่งจากโรงไฟฟ้าไปยังผู้บริโภคไม่เกินระยะทางหลายร้อยเมตรเนื่องจากการสูญเสียการส่งข้อมูลนั้นมหาศาล

ต่อมาได้มีการนำระบบ DC สามสาย 220 โวลต์มาใช้ (เส้นคู่ขนาน 110 โวลต์แต่ละเส้น) แต่สถานการณ์เกี่ยวกับประสิทธิภาพของการส่งสัญญาณดังกล่าวไม่ได้ปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ

ต่อมา Nikola Tesla เขาพัฒนาอัลเทอร์เนเตอร์ที่เป็นนวัตกรรมของเขาเองและแนะนำระบบที่คุ้มค่าสำหรับการส่งกระแสไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าสูงหลายพันโวลต์และไฟฟ้าสามารถส่งได้หลายพันเมตรการสูญเสียการส่งลดลงหลายสิบครั้ง กระแสตรงของ Edison ไม่สามารถยืนหยัดแข่งขันกับกระแสสลับของ Tesla ได้

หม้อแปลงไฟฟ้าบนเหล็กลดแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 127 โวลต์ในแต่ละสามเฟสส่งให้กับผู้บริโภคในรูปแบบของกระแสสลับ ในระหว่างการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งขับเคลื่อนด้วยไอน้ำหรือน้ำที่ตกลงมาใบพัดจะหมุนด้วยความถี่ 3000 รอบต่อนาทีและมากกว่านั้น

สิ่งนี้ทำให้โคมไฟไม่สั่นไหวมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสสามารถทำงานได้ตามปกติทนต่อความเร็วที่กำหนดและหม้อแปลงแปลงกระแสไฟฟ้าเพิ่มและลดแรงดันไฟฟ้า

ในสหภาพโซเวียตแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายจนถึงยุค 60 ยังคงอยู่ที่ระดับ 127 โวลต์จากนั้นด้วยการเติบโตของกำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้นเป็น 220 โวลต์ซึ่งตอนนี้เราคุ้นเคย

Dolivo-Dobrovolsky เช่น Tesla ผู้ศึกษาความเป็นไปได้ของกระแสสลับแนะนำให้ใช้กระแสไฟฟ้าแบบไซน์สำหรับการส่งพลังงานไฟฟ้าและแนะนำให้ตั้งค่าความถี่ในช่วงจาก 30 ถึง 40 เฮิรตซ์ ต่อมาพวกเขามารวมกันที่ 50 เฮิร์ตซ์ในสหภาพโซเวียตและอีก 60 เฮิร์ตซ์ในสหรัฐอเมริกา ความถี่เหล่านี้เหมาะสมที่สุดสำหรับอุปกรณ์ AC ซึ่งทำงานในหลายโรงงาน

ความถี่การหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสองขั้วคือ 3000 หรือสูงสุด 3600 รอบต่อนาทีและให้ความถี่เพียง 50 และ 60 เฮิร์ตซ์ในระหว่างการสร้าง สำหรับการทำงานปกติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับความถี่ควรมีอย่างน้อย 50-60 Hz หม้อแปลงอุตสาหกรรมเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าสลับความถี่ที่กำหนดได้อย่างง่ายดาย

โดยหลักการแล้วในปัจจุบันมีความเป็นไปได้ที่จะเพิ่มความถี่ของการส่งพลังงานไฟฟ้าให้กับหลายกิโลเฮิร์ตซ์และดังนั้นจึงประหยัดวัสดุตัวนำในสายส่งไฟฟ้าอย่างไรก็ตามโครงสร้างพื้นฐานยังคงปรับตัวโดยเฉพาะสำหรับความถี่ปัจจุบัน 50 เฮิร์ตซ์ ด้วยความเร็ว 3,000 รอบต่อนาทีพวกเขายังคงมีเสาคู่เดียวกัน ดังนั้นการปรับเปลี่ยนระบบผลิตไฟฟ้าระบบส่งและระบบจำหน่ายจึงเป็นเรื่องของอนาคตที่ห่างไกล นั่นคือเหตุผลที่ 220 โวลต์ 50 เฮิร์ตซ์ยังคงเป็นมาตรฐานของเรา

Comments

[#1]

สวัสดีตอนบ่าย
ขอบคุณสำหรับบทความ ฉันสนใจคำถามนี้และวันนี้ฉันได้รับคำตอบที่ครบถ้วนสมบูรณ์
แต่มีคำถามสองสามข้อ:
การแปลงความถี่ทำได้ลำบากแค่ไหน?
ทำไม "ทั่วโลก" ถ้ามาตรฐานยุโรปและอเมริกาแตกต่างกันอย่างไร
และในที่สุดก็มีแหล่งจ่ายไฟจำนวนมากที่ 50/60 Hz เครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดใดที่ยังไม่ได้มาตรฐานสองเท่า?

[#2]

โดยหลักการแล้วทุกอย่างถูกต้อง แต่ถ้าเราคำนึงถึงความจริงที่ว่ามันเป็นไปไม่ได้ทางเศรษฐกิจที่จะส่งกระแสสลับของความถี่ที่เพิ่มขึ้นในระยะทางไกลเนื่องจากการสูญเสียที่เกิดจากส่วนประกอบ capacitive ของสายไฟนี่จะเป็นคำอธิบายที่สมเหตุสมผล การลดความถี่อีกครั้งทำให้เกิดค่าใช้จ่ายที่สำคัญซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มขนาดและต้นทุนวัสดุที่แน่นอนในการผลิตอุปกรณ์

[#3 แขก]

ทุกอย่างจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเพื่อส่งพลังงานในระยะทาง - หม้อแปลงทำงานกับกระแสสลับ ในเวลานั้นมันเป็นการตัดสินใจที่ถูกต้องเท่านั้น ..

[#4]

สำหรับ Dolivo-Dobrovolsky --- "วิศวกรผู้ริเริ่ม" นี้ทำงานให้กับ Edison ผู้ขโมยสิทธิบัตรของ Tesla (ไม่จ่าย) ส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ของระบบ AC แบบสองเฟส .... ในขณะที่ Tesla ขู่ตัวเองกับศาลที่จริงจัง ... Edison เห็น ว่าเงินลอยไปที่ บริษัท เวสติ้งเฮาส์ (งานปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง), ไม่ได้เกิดขึ้นกับสิ่งที่ดีกว่าและจดสิทธิบัตรระบบปัจจุบันสามเฟส ..... กับการปรับเปลี่ยนแบบดั้งเดิมมากที่สุดของระบบสองเฟส .. Dolivo-Dobrovolsky ดำเนินการแก้ไขซึ่งค่าใช้จ่ายทุกอย่าง 30% สำหรับวัสดุสิ้นเปลืองทั้งหมดและไม่มีประโยชน์อย่างแน่นอนยกเว้นความพิเศษและการออกแบบที่ซับซ้อน สิ่งนี้ทำในยุโรปซึ่งมีสาย DC สองสายสำหรับสองสายไม่เหมือนกับอเมริกาที่ซึ่งพวกเขาอยู่ทุกหนทุกแห่งและ Tesla กำลังพัฒนาระบบสองเฟสพร้อมกราวด์เพียงเพื่อจุดประสงค์ในการใช้งานของพวกเขาเท่านั้น ..

[#5 อเล็กซ์ gal]

"สำหรับการทำงานปกติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับความถี่ต้องมีอย่างน้อย 50-60 Hz"

ทำไมเป็นเช่นนี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่สนใจว่าจะให้ความถี่อะไร

บทความบอกว่าถูกต้องมากในความคมชัดเต็มไม่มีเหตุผล 50Hz ใช้

แต่ในความเป็นจริงทุกอย่างง่ายมาก แต่บทความไม่ได้พูดอย่างนั้น อันที่จริงเครื่องยนต์ไอน้ำไม่สามารถทำงานที่ความเร็ว 3,000 รอบต่อนาทีสูงสุด 100-200 รอบต่อนาที ที่ความถี่ดังกล่าวคนแรกของพวกเขาทำงานเพิ่มความเร็วด้วยเข็มขัดลด คุณจะไม่เพิ่มมากขึ้นและเนื่องจากความถี่ AC นั้นขึ้นอยู่กับจำนวนการปฏิวัติ f = n / 60 โดยตรงสำหรับเสาหนึ่งคู่ในขณะที่มันยากในทางเทคนิคที่จะได้รับการปฏิวัติสูงดังนั้นความถี่จึงถูกเลือกให้ต่ำที่สุด และเนื่องจากไม่สามารถทำได้ 3,000 รอบต่อนาทีพวกเขาจึงเพิ่มจำนวนคู่ของเสาเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มี 8 เสาถูกสร้างขึ้นในปี 1878 เขาให้ 40Hz จากเครื่องยนต์ไอน้ำด้วยเหตุนี้เขาหมุนรอบได้มากถึง 600 รอบผ่านตัวลดสายพาน

นี่คือตัวอย่างของความยากลำบากในการได้รับแรงดันไฟฟ้าความถี่สูง ทำไมไม่ใช่ 30 ไม่ใช่ 40 แต่ 50 หรือ 60Hz

ทุกอย่างง่าย คุณมีสิทธิ์ที่ผู้บริโภครายแรกสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้คือหลอดไฟ ความถี่ที่เสนอที่ 30-40Hz ทำให้เกิดแสงที่ไม่พึงประสงค์และเห็นได้ชัด ที่ 50 เฮิร์ตซ์จังหวะที่เห็นได้ชัดแทบจะไม่เหนือ - มีปัญหากับการเพิ่มความเร็วของเพลาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือด้วยการออกแบบทางเทคนิคของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่คดเคี้ยว (จำนวนขั้ว) บางสิ่งเช่นนี้

[#6 คติพจน์]

การเพิ่มความถี่นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของการสูญเสียความจุและการเหนี่ยวนำ + การปล่อยคลื่นวิทยุ เพียงแค่ในบรรทัดของกระแสไฟฟ้าโดยตรงการสูญเสียขั้นต่ำ Kilohertz ขับรถฉันสงสัยว่ามันจะส่งเสียงเมื่อถึงตอนนั้นจะเป็น 110kV ที่น่าสนใจ

[#7 Jnsx]

แต่สำหรับดวงตาแล้วความถี่ที่ดีกว่าคือ 100Hz? หรือฉันผิดเปรียบเทียบความถี่ของแสงกะพริบกับความถี่ของจอภาพ แต่ถ้าหลอดไฟที่ 50Hz กระพริบ vseravno เล็กน้อยแล้วที่ 60 มันกระพริบน้อยลงและที่ 100Hz จะมีความสะอาดดีแม้แสง? และปัญหาทั้งหมดคือค่าใช้จ่าย?

[#8 Kitaro]

ตามปกติทุกคนเข้าใจผิด ดูว่าเครื่องชาร์จทำงานที่ความถี่ที่สูงขึ้นได้ลดลงอย่างไร แหล่งจ่ายไฟอินเวอร์เตอร์และอุปกรณ์อื่น ๆ จะลดลงโดยการเพิ่มความถี่ของไฟ ไม่เพียงเท่านั้นที่บางความถี่บุคคลไม่รู้สึกถึงกระแสของกระแสผ่านร่างกายของเขา คุณสามารถบอกมากขึ้นเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของความถี่ที่เพิ่มขึ้น ...

[#9 Konoplyov]

เศรษฐกิจโลกและดังนั้นอารยธรรมจะถูกบันทึกไว้โดยการกระจายอำนาจและความเป็นอิสระของการผลิตพลังงานในระดับคลัสเตอร์ที่ 20-200m ในขณะเดียวกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด 5 kW ไม่ควรแพงกว่าโทรศัพท์มือถือธรรมดาที่มีปุ่มยกเว้นเป็นผู้ใช้ในภาคอุตสาหกรรม

[#10 Ratibor]

บทความจากคนชั่วคนหนึ่ง เพียงยอมรับว่าความถี่สูงไม่เป็นประโยชน์ต่อนายทุนชนชั้นกลางเนื่องจากความสูญเสียในเครือข่ายจะหายไปคนจะไม่ตกใจและไม่จำเป็นต้องสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนรวมทั้งจ่ายค่าแสง และ 50 เฮิร์ตซ์นั้นเป็นอันตรายต่อสมองมนุษย์เป็นอย่างมาก ผู้คนควรอาบน้ำด้วยพลังงานและใช้ชีวิตอย่างมั่งคั่ง แต่คนรับใช้ของจาวาไม่อนุญาตสิ่งนี้

[#11 คอนสแตนติ]

บทความไม่เกี่ยวกับอะไรความคิดหลัก: ก็เกิดขึ้น ข้อมูลหลักทั้งหมดอยู่ในความคิดเห็น (((
ฉันจะเพิ่มอีกหนึ่ง: ในเครื่องบินจะใช้ความถี่ที่เพิ่มขึ้นของเครือข่ายภายใน = 400 Hz ข้อดี: อุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด อุปกรณ์จำนวนมากยังคงต้องการกระแสคงที่และจำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุที่น้อยกว่าในการแก้ไข 400Hz มากกว่าเพื่อแก้ไข 50 / 60Hz

[#12 Serjik]

อย่าเปรียบเทียบอุปกรณ์ผู้บริโภค (ชาร์จ) และสายส่ง มันเป็นไปไม่ได้ที่จะส่งแรงดันไฟฟ้าความถี่สูง (หลายร้อยกิโลเฮิร์ตซ์) ดังกล่าวไปยังสายไฟ

[#13 พอล]

ความถี่ 50 เฮิร์ตซ์ในเครือข่ายไฟฟ้าในครัวเรือนได้รับการคัดเลือกอาจเป็นเพราะความจริงที่ว่ามีการใช้หลอดไส้ทุกที่และความเฉื่อยทางความร้อนของพวกเขาอนุญาตให้ใช้ความถี่สูงถึงประมาณ 25 เฮิร์ตซ์ (ที่ความถี่ต่ำกว่า นี่คือเกณฑ์ที่ต่ำกว่า ดีอันดับหนึ่งเกี่ยวข้องกับความสามารถทางเทคนิคของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

[#14 anonym]

ในความเป็นจริงระบบสามเฟสช่วยให้คุณสามารถจัดระเบียบไดรฟ์ไฟฟ้าที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพในทางตรงกันข้ามกับเฟสเดียว (ไม่ใช่สองเฟส!), ต้องใช้ตัวเก็บประจุแบบเปลี่ยนเฟสและมีประสิทธิภาพต่ำ

ในการบินนั้นความถี่ 400 เฮิร์ตซ์ถูกนำมาใช้เนื่องจากการปรากฏตัวของผู้บริโภคที่เฉพาะเจาะจง - ขอบฟ้าและไจโรแนวตั้งซึ่งมู่เล่ต้องหมุนด้วยความถี่สูงซึ่งจัดทำโดยมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสที่ขับเคลื่อนโดยเครือข่ายดังกล่าว