Miksi 50 hertsin taajuusstandardi valitaan sähköteollisuudessa

Miksi energiateollisuudessa sähkön siirtoon ja jakeluun kaikkialla on tähän päivään mennessä valittu taajuudet 50 ja 60 Hz ja ne hyväksytään edelleen? Oletko koskaan ajatellut tätä? Mutta tämä ei ole ollenkaan vahingossa.

Euroopan ja IVY-maiden maissa hyväksytään vakio 220–240 voltin 50 hertsiä, Pohjois-Amerikan maissa ja Yhdysvalloissa - 110–120 volttia 60 Hz ja Brasiliassa 120, 127 ja 220 volttia 60 Hz. Muuten, suoraan Yhdysvalloissa pistorasiasta, joskus se voi muuttua, sanoen, 57 tai 54 Hz. Mistä nämä numerot tulevat?

Siirrytään tarinaan ymmärtääksesi tätä aihetta. 1800-luvun jälkipuoliskolla tutkijat monista maailman maista tutkivat aktiivisesti sähköä ja etsivät sille käytännön sovelluksia. Thomas Edison keksi ensimmäisen lampun, ottaen käyttöön sähkövalaistuksen. Ensimmäiset tasavirtavoimalat rakennettiin. Sähköistumisen alku Yhdysvalloissa.

Ensimmäiset lamput olivat valokaaria, ne hehkuivat sähköpurkauksella, joka palai ulkona, sytytettiin kahden hiilielektrodin välillä. Tuon ajan kokeilijat havaitsivat nopeasti, että valokaari muuttui vakaammaksi 45 voltilla, mutta turvallista sytyttämistä varten lamppuun kytkettiin sarjaan resistiivinen liitäntälaite, johon noin 20 volttia putosi lampun toiminnan aikana.

Joten pitkään aikaan käytettiin vakiojännitettä 65 volttia. Sitten se nostettiin 110 voltiin, niin että kaksi kaarilamppua voitiin kytkeä verkkoon samanaikaisesti.

Edison oli fanaattinen DC-järjestelmien kannattaja, ja Edisonin tasavirtageneraattorit toimivat alun perin näin, toimittaen 110 voltin tasavirta kuluttajaverkkoihin.

Mutta Edisonin tasavirtatekniikka oli erittäin, erittäin kallista, taloudellisesti kannattamatonta: oli tarpeen laittaa paljon paksuja johtoja, ja siirto voimalaitokselta kuluttajalle ei ylittänyt usean sadan metrin etäisyyttä, koska siirtohäviöt olivat valtavat.

Myöhemmin otettiin käyttöön kolmijohdininen 220 voltin tasavirtajärjestelmä (kaksi rinnakkaista linjaa, joissa molemmissa oli 110 volttia), mutta tilanne tällaisen siirron tehokkuuden suhteen ei parantunut merkittävästi.

myöhemmin Nikola Tesla Hän kehitti omat, täysin innovatiiviset vaihtovirtageneraattorinsa ja esitteli kustannustehokkaan järjestelmän sähkön siirtämiseen useiden tuhansien volttien suurilla jännitteillä, ja sähköä voitaisiin siirtää tuhansia metrejä, siirtohäviöt pienenivät kymmeniä kertoja. Edisonin tasavirta ei kestänyt kilpailua Teslan vaihtovirtaan.

Raudan muuntajat alensivat korkeajännitettä 127 voltiin jokaisessa kolmessa vaiheessa, toimittaen sen kuluttajalle vaihtovirran muodossa. Höyryn tai putovan veden käyttämien vaihtovirtalaitteiden käytön aikana niiden roottorit pyörittivät taajuutta 3000 rpm ja jopa enemmän.

Tämän ansiosta lamput eivät välkky, asynkroniset moottorit toimivat normaalisti, kestävät nimellisnopeutta ja muuntajat muuntavat sähköä, lisäävät ja pienentävät jännitettä.

Samaan aikaan Neuvostoliitossa verkkojen jännite 60-luvulle saakka pysyi 127 voltin tasolla, sitten tuotantokapasiteetin kasvaessa se nostettiin 220 voltiin, jotka ovat meille nyt tuttuja.

Dolivo-Dobrovolsky, kuten Tesla, tutki vaihtovirtamahdollisuuksia, ehdotti sinimuotoisen virran käyttöä sähkön siirtoon ja ehdotti taajuuden asettamista välille 30 - 40 hertsiä. Myöhemmin ne lähentyivät 50 hertsiin Neuvostoliitossa ja 60 hertsiin Yhdysvalloissa. Nämä taajuudet olivat optimaaliset vaihtovirtalaitteille, jotka toimivat monissa tehtaissa.

Bipolaarisen laturin pyörimistaajuus on 3000 tai korkeintaan 3600 kierrosta minuutissa ja antaa vain taajuudet 50 ja 60 Hz sukupolven aikana. Laturin normaaliin toimintaan taajuuden tulisi olla vähintään 50-60 Hz. Teollisuusmuuntajat muuntavat helposti tietyn taajuuden vaihtovirran.

Nykyään on periaatteessa mahdollista lisätä sähkönsiirtotaajuutta moniin kilohertseihin ja säästää siten sähkönsiirtolinjojen johtimien materiaaleista, mutta infrastruktuuri on edelleen sopeutettu erityisesti 50 Hz: n virran taajuudelle, se on suunniteltu alun perin ympäri maailmaa, ydinvoimalaitosten generaattorit pyörivät samalla nopeudella 3000 rpm, niillä on edelleen samat parit. Siksi sähköntuotanto-, siirto- ja jakelujärjestelmien muuttaminen on kaukaisen tulevaisuuden asia. Siksi 220 voltin 50 hertsin taajuus on toistaiseksi vakiona.

Comments

[#1]

Hyvää iltapäivää
Kiitos artikkelista. Olin kiinnostunut tästä kysymyksestä, ja sain tänään kattava vastaus.
Mutta on pari kysymystä:
Kuinka työläs on taajuudenmuutos?
Miksi "maailmanlaajuisesti", jos eurooppalaiset ja amerikkalaiset standardit ovat erilaisia?
Ja viimeiseksi, paljon virtalähteitä on 50/60 Hz: llä. Millä sähkölaitteella ei voi vielä olla kaksoistandardeja?

[#2]

Periaatteessa kaikki on totta, mutta jos otamme huomioon se, että lisääntyneen taajuuden vaihtovirtaa ei ole taloudellisesti mahdollista lähettää pitkiä matkoja voimalinjojen kapasitiivisen komponentin aiheuttamien häviöiden vuoksi, tämä olisi uskottavampi selitys. Taajuuden pienentäminen merkitsee huomattavia kustannuksia, jotka liittyvät koon kasvuun, ja tietysti materiaalikustannuksia laitteiden valmistuksessa.

[#3 vieras]

Kaikki siitä, että jännitettä ei ollut mahdollista nostaa etäisyyden siirtämiseksi - muuntajat toimivat vaihtovirralla. Tuolloin se oli ainoa oikea päätös ..

[#4]

Mitä tulee Dolivo-Dobrovolskyan -, tämä "insinööri-uudistaja" työskenteli Edisonille, joka varasti (ei maksanut) Teslan patentteja osaan kaksivaiheisen vaihtovirtajärjestelmän laitteita .... kun taas Tesla itse uhkasi tätä vakavalla tuomioistuimella ... Edison näki kuinka rahat levittivät Westinghouse-yhtiölle (parannustyöt jatkuivat), ei keksinyt mitään parempaa ja patentoi kolmivaiheisen virtajärjestelmän ..... kaksivaiheisen järjestelmän primitiivisimmillä modifikaatioilla .. Dolivo-Dobrovolsky suoritti muutostyön, joka maksoi kaiken tarkalleen 30% kulutushyödykkeistä, ja siitä ei ole mitään hyötyä paitsi ylimääräisestä johdosta ja suunnittelun monimutkaisuudesta. Tämä tehtiin Euroopassa, missä oli vähän DC-johtoja kahdelle johdolle, toisin kuin Amerikassa, missä niitä oli jo kaikkialla ja Tesla kehitti kaksivaiheista järjestelmää, jossa oli maadoitus vain niiden käyttöön.

[#5 Alex gal]

"Generaattorin normaalin toiminnan kannalta taajuuden on oltava vähintään 50-60 Hz"

Miksi tämä on niin? Generaattori ei välitä millä taajuudella se antaa.

Artikkelissa sanotaan paljon oikein, täysin selkeänä ei ole miksi 50 Hz: tä käytetään.

Itse asiassa kaikki on hyvin yksinkertaista, mutta artikkelissa ei sanota niin. Itse asiassa höyrykoneet eivät voi toimia nopeudella 3000 rpm, korkeintaan 100-200 rpm. Tällaisella taajuudella ensimmäinen niistä toimi, lisäämällä nopeutta hihnapyörillä. Et nouse siellä paljon.Ja koska vaihtovirtataajuus riippuu suoraan kierrosten lukumäärästä f = n / 60 yhdelle napaparille, kun taas suurten kierrosten saaminen oli teknisesti vaikeaa, valittiin siksi taajuus mahdollisimman matalaksi. Ja koska 3000 rpm ei ollut saavutettavissa, ne kasvattivat generaattorin napojen parien lukumäärää. Tällainen generaattori, esimerkiksi 8 napaa, rakennettiin jo vuonna 1878. Hän antoi 40 Hz: n höyrykoneesta; tätä varten hän pyörii 600 kierrokseen hihnanvaimentimen kautta.

Toisin sanoen, tämä on esimerkki vaikeuksista saada korkeataajuinen syöttöjännite. Miksi ei 30, ei 40, mutta 50 tai 60Hz.

Kaikki on yksinkertaista. Olet oikeassa, että näiden generaattoreiden ensimmäiset kuluttajat olivat hehkulamput. Ehdotettu taajuus 30–40 Hz aiheutti epämiellyttäviä ja havaittavissa olevia valaistuksen sykejä. 50 Hz: n taajuudella pulssit olivat jo tuskin havaittavissa, yllä - generaattorin akselin nopeuden lisäämisessä tai generaattorin käämin teknisessä suunnittelussa (sen napojen lukumäärässä) oli vaikeuksia. Jotain tällaista.

[#6 maksiimi]

Taajuuden lisääminen johtaa kapasitanssin ja induktanssin + radiosäteilyhäviöiden kasvuun. Vain tasavirran linjalla minimaaliset häviöt. Kilohertz ajaa ohi Epäilen kuinka se nauraa sitä tulee jo 110kV mielenkiintoinen.

[#7 Jnsx]

Mutta mieluiten silmille parempi taajuus on 100Hz? Tai vertailenko väärin vilkkuvan valon taajuutta näytön taajuuteen. Mutta jos 50 Hz: n hehkulamppu vilkkuu vähän vseravnoa, niin 60 askeleella se vilkkuu vähemmän ja 100 Hz: ssä tulee mukava puhdas, tasainen valo? Ja koko ongelma on kustannukset?

[#8 Kitaro]

Kuten tavallista, kaikki harhautetaan. Katso kuinka korkeammilla taajuuksilla toimivat laturit ovat vähentyneet. Virtalähteitä, inverttereitä ja muita laitteita vähennetään lisäämällä verkon taajuutta. Ei vain, että tietyillä taajuuksilla ihminen ei tunne virran kulkua kehonsa läpi. Voit kertoa paljon enemmän lisääntyneiden taajuuksien mahdollisuuksista ...

[#9 Konoplyov]

Globaalia taloutta ja sen seurauksena sivilisaatiota pelastetaan hajauttamalla ja energiantuotannon autonomialla klusteritasolla 20-200m. Samaan aikaan 5 kW: n generaattorin ei pitäisi olla kalliimpaa kuin yksinkertainen painikkeilla varustettu matkapuhelin, poikkeuksena on teollisuuskuluttaja.

[#10 Ratibor]

Artikkeli pahoista. Vain myöntää, että korkeataajuus ei ole hyötyä porvarillisille kapitalisteille, koska verkon häviöt katoavat, ihmiset eivät ole järkyttyneitä eikä ydinvoimalaitoksia ja lämpövoimalaitoksia ole tarpeen rakentaa eikä valoa maksaa. Ja 50 Hz on erittäin haitallista ihmisen aivoille, se on tosiasia. Ihmisten tulisi uida energiassa ja elää rikkaasti, mutta javan palvelijat eivät salli tätä.

[#11 Konstantin]

Artikkelissa ei ole mitään, pääidea: hyvin, se tapahtui. Kaikki tärkeimmät tiedot ovat kommenteissa (((
Lisään vielä yhden: lentokoneissa käytetään lisääntynyttä sisäisen verkon taajuutta = 400 Hz, etu: kompakti laite. Monet laitteet tarvitsevat edelleen vakiovirran, ja 400Hz: n tasasuunnitteluun tarvitaan paljon vähemmän kondensaattoreita kuin 50 / 60Hz: n tasasuuntaamiseen.

[#12 Serjik]

Älä vertaa kuluttajalaitteita (lataus) ja siirtojohtoja. Tällaisen korkeataajuisen (satojen kilohertsien) jännitteen lähettäminen johtojen yli ilman suuria häviöitä ei onnistu.

[#13 Paavali]

Kotitalouksien sähköverkoissa valittiin 50 Hz: n taajuus, luultavasti johtuen siitä, että hehkulamppuja käytettiin kaikkialla, ja niiden lämpöhitaus mahdollistaa taajuuden asettamisen noin 25 Hz: iin saakka (pienemmällä taajuudella valon pulssi tulee havaittavaksi). Tämä on alaraja. No, ensimmäinen liittyy generaattoreiden teknisiin ominaisuuksiin.

[#14 anonym]

Itse asiassa kolmivaiheisen järjestelmän avulla voit organisoida yksinkertaisen ja tehokkaan sähkökäytön, toisin kuin yksivaiheinen (ei kaksivaiheinen!), Joka vaatii vaihesiirtokondensaattoreita ja jolla on alhainen hyötysuhde.

Ilmailussa käytetään 400 Hz: n taajuutta tiettyjen kuluttajien - horisonttien ja gyrostaattien - läsnäolon takia, joiden vauhtipyörien on pyöritettävä korkealla taajuudella, jota tällaisesta verkosta saavat asynkroniset sähkömoottorit tuottavat.