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为什么输配电要用50HZ的频率

大家平时家里用的电是50Hz的,Hz是赫兹的缩写,代表一秒钟电流周期性变换方向的次数,50Hz表示1秒钟电流有50个周期,方向改变100次。

世界上有些国家,例如英美用的是60Hz的交流电,因为采用的是十二进制,什么12星座、12小时、12先令等于1英镑等等。后来的国家都采用十进制了,所以频率是50Hz。当然还有某奇葩的漆器国,东边用50Hz,西边用60Hz。。。

总体来说50Hz60Hz差别不大,以下就用50Hz代表吧。那为什么要选用50Hz的交流电,而不是5Hz400Hz?

先说频率低了会怎么样吧。

频率*低就是0,也就是直流。史上*经典的就是爱迪生和特斯拉的直流交流大战,爱迪生为了证明特斯拉的交流电有危险,用交流电电死了若干动物,其中还包括一头大象,爱老先生也是蛮拼的~(客观上说,同样的电流大小下,人体耐受直流电的时间是要长于耐受交流电的时间,跟心室震颤什么的有关系,也就是交流电更危险)

不过*后爱迪生还是输给了特斯拉,凭借交流电方便改变电压等级的优势,交流电战胜了直流电。在输送功率相同的情况下,提高电压,送电电流就能减小,消耗在线路上的能量就能降低。而直流电当时无法变压,发电机出口端电压只有几百伏,为了减少损耗,只能减少送电功率和距离,所以爱迪生当时建的电厂有点像现在的分布式电源,到处都是。

直流送电另一个问题是难以开断,直到现在这个问题还困扰着直流输电。我们平时在拔一些电器的插销时,还会打电火花。直流输电的问题同电火花一样,当电流大到一定程度时,这个电火花是无法熄灭的,我们称之为“电弧”。对于交流电而言,电流会改变方向,因而有电流过零的时刻,利用这个小电流时间点,我们可以通过灭弧装置切断线路电流。但直流电流方向不会改变,没有这个过零点,我们想要灭弧就难了。为什么输配电要用50HZ的频率。

直流讲明白了,那低频交流,比如5Hz的交流电有什么问题呢?

一是变压器效率的问题。变压器是靠原边的磁场变化,感应到副边升压或降压的。磁场变化的频率越慢,感应是越弱的,极端情况就是直流,根本没有感应,所以频率太低了不行。当然,太高了也会有漏磁太多的问题,后面会讲到。(学过电机学的朋友可以回忆,变压器等效电路中间有个励磁支路,励磁电抗Xm是与频率乘正比的,只有频率足够大,励磁电抗才能足够大,以至于忽略励磁电流的分流作用,忽略励磁损耗)

二是用电设备功率问题。举个身边的例子吧,汽车发动机的转速就是他的频率,比如怠速时500/分钟,加速换挡时是3000/分钟,换算成频率分别是8.3Hz50Hz。这就看出来了,转速越高,发动机的劲儿(功率)越大。同样道理,在相同频率下,发动机越大,输出功率越大,这也是为什么柴油机个头都比汽油大的原因,个儿大劲儿大的柴油机才能带动公交卡车等重型汽车。为什么输配电要用50HZ的频率。

同理,电动机(或者说一切转动机械)既要求个头小,有要求输出功率大,只有一个办法——提高转速,这也就是为什么交流电频率不能太低的原因,因为我们需要个头小但功率大的电动机。类似的如,飞机的航空发动机,每分钟转速高达上万转,就是为了“小身体大能量”,飞机的电源也是400Hz(24000/),因为发动机转速太高,发电的频率就高了。变频空调也是同样的道理,通过变换交流电的频率,来控制空调压缩机的输出功率。总之,功率与频率在一定范围内正相关。

(这里顺便说下现在汽车厂商的发动机功率参数。有些厂商为了表明今年的车型比去年的性能提高了,就把发动机的*大功率调高了,比如把240kW调高到260kW,乍一看以为发动机更先进了。其实各位还要再看一个参数——*大功率转速,有时候这个参数也同步调高了。去年的车型是5000转时达到*大功率,今年改成6000转了,实际是用转速的提高带来了输出功率的增加,而不是性能真正提高。发动机每分钟6000转什么概念呢——大概是狠狠的地板油吧~)

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