眾所周知,我國的用電頻率是50Hz,比如居民單相用電是220V/50Hz,民用三相電是380V/50Hz,工業(yè)用電一般是10KV/50Hz,變送配電系統一般是220KV/50Hz的高壓電。那么問(wèn)題來(lái)了,為什么我國的用電頻率是50Hz,而不是60Hz?或者是高頻的400Hz亦或是低頻5Hz呢?
我們知道,很多歐美國家的用電頻率是60Hz,首先需要申明的是,50Hz和60Hz并不是孰優(yōu)孰劣,之所以中國使用的是50Hz的用電,主要是因為歷史原因。中國最初的供電電網(wǎng)都是蘇聯(lián)支持創(chuàng )建的,而蘇聯(lián)本國的用電就是50Hz,所以我國就延用了前蘇聯(lián)的標準。
主要考慮是變壓器的效率問(wèn)題和用電設備的功率問(wèn)題。
變壓器是主要的輸送電設備,目前電能主要依靠變壓器進(jìn)行變電輸送。而變壓器是靠原邊的磁場(chǎng)變化,感應到副邊升壓或降壓的。磁場(chǎng)變化的頻率越慢,感應越弱,極端情況就是直流,根本沒(méi)有感應,所以頻率太低了會(huì )嚴重影響變壓器的效率。
在用電設備上,選擇50Hz有歷史的原因也有設備本身的原因。在19世紀末29世紀初的制造條件下,可以生產(chǎn)在50Hz系統能夠運轉良好的電機,卻難造出在1331/3Hz系統運行的感應電機,因此,對于兼有多種負荷的系統,折中不失為現實(shí)方案。在用電設備的性能上,比如相同大小的發(fā)動(dòng)機轉速越高,發(fā)動(dòng)機的功率也就越大。但是相同頻率下,發(fā)動(dòng)機越大,輸出功率越大。而平時(shí)我們需要的是個(gè)頭小但功率大的發(fā)動(dòng)機。這也要求用電頻率不能太低的原因。反觀(guān)我們的飛機電源頻率是400Hz,這是因為減輕重量是飛行器制造的首選目標。
主要考慮的是線(xiàn)路和設備的損耗隨著(zhù)頻率增大損耗增加,另外過(guò)高的頻率發(fā)電機轉速也會(huì )過(guò)快導致失控。
輸電線(xiàn)路、變電設備、用電設備,都是有電抗的,電抗與頻率成正比,頻率越高,電抗越大,消耗的無(wú)功就越大,能傳遞的有功功率就越少,所以過(guò)高的頻率會(huì )導致用電損耗大大增加。
過(guò)高頻率對發(fā)電機的控制是一個(gè)很大問(wèn)題。例如一對磁極的發(fā)電機,為了發(fā)出50Hz的電,轉子每分鐘轉速要達到3000轉。咱們的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機轉速達到3000轉時(shí),就能明顯感覺(jué)引擎在振動(dòng)作響了,轉到六七千轉時(shí),你會(huì )覺(jué)得發(fā)動(dòng)機要跳出引擎蓋。小小的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機尚且如此,更何況是一個(gè)重達百?lài)嵉膶?shí)心鐵疙瘩轉子與汽輪機,也因此發(fā)電廠(chǎng)的噪音都很大。一個(gè)重達百?lài)嵉匿撧D子每分鐘轉3000轉談何容易,如果頻率再高三四倍,估計發(fā)電機能飛出廠(chǎng)房了。
用電頻率采用50Hz有歷史發(fā)展的客觀(guān)原因,也有本身的主觀(guān)原因,用電設備、變電輸送等直接與電接觸的裝置決定什么頻率是最適合需要的用電頻率。