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起重電機之電機為什么要選用50HZ的交流電

發(fā)布時間：2022-07-21 09:40:00 點擊：    

那么，我們?yōu)槭裁匆x用50Hz的交流電，而不是5Hz或400Hz呢？

頻率最低就是0，也就是直流。當年愛迪生為了證明特斯拉的交流電有危險，用交流電電死了一票小動物，如果大象也算小動物的話…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(guān)系，也就是交流電更危險。

可愛迪生最后也還是輸給了特斯拉，交流電憑借方便改變電壓等級的優(yōu)勢戰(zhàn)勝了直流電。在輸送功率相同的情況下，提高電壓，送電電流會減小，消耗在線路上的能量也會隨之降低,而直流送電另一個問題是難以開斷，直到現(xiàn)在這個問題依舊是個困擾。直流輸電的問題同平時拔電器插銷時會出現(xiàn)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，我們想要滅弧就很難了。

一、變壓器效率的問題

變壓器是靠原邊的磁場變化，感應(yīng)到副邊升壓或降壓的。磁場變化的頻率越慢，感應(yīng)是越弱的，極端情況就是直流，根本沒有感應(yīng)，所以頻率太低了不行。

二、用電設(shè)備功率問題

舉個例子來說，汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速就是他的頻率，比如怠速時500轉(zhuǎn)/分鐘，加速換擋時是3000轉(zhuǎn)/分鐘，換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來了，轉(zhuǎn)速越高，發(fā)動機的功率越大。

同樣道理，在相同頻率下，發(fā)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。

同理，電動機（或者說一切轉(zhuǎn)動機械）既要求個頭小，要求輸出功率大，只有一個辦法——提高轉(zhuǎn)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。

變頻空調(diào)也是同樣的道理，通過變換交流電的頻率，來控制空調(diào)壓縮機的輸出功率?？傊β逝c頻率在一定范圍內(nèi)正相關(guān)。

兩個問題，一是線路和設(shè)備的損耗增加，二是發(fā)電機轉(zhuǎn)速過快。

先來講損耗，輸電線路、變電設(shè)備、用電設(shè)備，都是有電抗的，電抗與頻率成正比，頻率越高，電抗越大，消耗的無功就越大，能傳遞的有功功率就越少。

目前50Hz輸電線路的電抗約0.4歐姆，約是電阻的10倍，如果提高到400Hz，那電抗將是3.2歐姆，約是電阻的80倍。對于高壓輸電線路，降低電抗是提高輸電功率的關(guān)鍵。

與電抗相對應(yīng)的還有容抗，容抗和頻率成反比，頻率越高，容抗越小，線路的泄漏電流越大。如果頻率高了，則線路的泄漏電流也會增加。

另一個問題是發(fā)電機的轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在的發(fā)電機組基本是單級機，也就是一對磁極。為了發(fā)出50Hz的電，轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)速要達到3000轉(zhuǎn)。汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到3000轉(zhuǎn)時，就能明顯感覺引擎在振動作響了，轉(zhuǎn)到六七千轉(zhuǎn)時，你就會覺得發(fā)動機快跳出引擎蓋了。

汽車發(fā)動機尚且如此，更何況是一個重達百噸的實心鐵疙瘩轉(zhuǎn)子與汽輪機，這也是發(fā)電廠的噪音很大的原因。一個重達百噸的鋼轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)談何容易，如果頻率再高三四倍，估計發(fā)電機能飛出廠房了。

如此重的轉(zhuǎn)子具有相當大的慣性，這也是電力系統(tǒng)被稱為慣性系統(tǒng)，能保持安全穩(wěn)定運行的前提。同樣也是為什么風(fēng)電和太陽能這種間歇性電源對傳統(tǒng)電源提出挑戰(zhàn)的原因。

因為風(fēng)光變化很快，幾十噸重的轉(zhuǎn)子由于巨大的慣性，要減少出力或增加出力的速度很慢（爬坡率的概念），跟不上風(fēng)電和光伏發(fā)電的變化，所以有時不得不棄風(fēng)和棄光。

頻率不能太低的原因：變壓器能效率高，電動機可以個頭小功率大。

頻率不能太高的原因：線路和設(shè)備可以損耗小，發(fā)電機轉(zhuǎn)速不必過高。

因此根據(jù)經(jīng)驗和習(xí)慣，我們的電能就被定在在50或60Hz。