Почему энергокомпании поставляют с частотой 50/60 Гц?

Меня просто поразило, что коммунальные компании по всему миру снабжают внутренних пользователей частотой 50/60 Гц. Можно было выбрать 10 Гц или 100 Гц ...

Был ли 50/60 выбран случайным образом? Есть ли какое-то обоснование (эффективность, простота конструирования / контроля и т. Д.) В ограничении внутреннего питания до 50/60 Гц?

Другими словами, если бы я проектировал энергосистему, почему я выбрал бы 50/60 Гц вместо какой-то другой частоты?

60 Гц был результатом инженерных компромиссов, я думаю, сделанных или под влиянием Николая Тесла. Он был одним из первых сторонников распространения AC, в отличие от Эдисона, который хотел распространять DC. Компромисс был связан с размером необходимых машин и трансформаторов, которые становятся меньше с более высокой частотой, и некоторыми потерями, которые увеличиваются с частотой. Я помню, как читал, что в ходе тщательного изучения было принято решение выбрать 60 Гц.

50 Гц, с другой стороны, было связано с маркетингом. Был немецкий производитель электросетевого оборудования, который хотел выделиться и ему удалось добиться 50-Гц проталкивания в качестве стандарта в Германии, а затем и в большей части Европы. Это означало, что им не нужно было конкурировать с американским оборудованием с частотой 60 Гц. В остальном мире частота 60 или 50 Гц зависела от того, у кого они покупали свое оборудование и были ли они более экономически связаны с Европой или США. С тех пор как Россия приняла европейский стандарт 50 Гц, советским блоком стали страны с частотой 50 Гц.

Это выглядит как то, что вы ищете:

http://en.wikipedia.org/wiki/Utility_frequency

В первые годы электрификации использовалось так много частот, что ни одно значение не преобладало (в Лондоне в 1918 году было 10 разных частот). Поскольку 20-ое столетие продолжалось, больше энергии было произведено в 60 Гц (Северная Америка) или 50 Гц (Европа и большая часть Азии). Стандартизация позволила осуществлять международную торговлю электрооборудованием. Намного позже использование стандартных частот позволило соединить электрические сети. Только после Второй мировой войны с появлением доступных потребительских товаров для электротехники были введены более единые стандарты.

В Великобритании стандартная частота 50 Гц была объявлена ​​еще в 1904 году, но значительное развитие продолжалось на других частотах. [10] Внедрение Национальной электросети, начавшееся в 1926 году, привело к стандартизации частот среди многих взаимосвязанных поставщиков электрических услуг. Стандарт 50 Гц был полностью установлен только после Второй мировой войны.

Примерно к 1900 году европейские производители в основном стандартизировали 50 Гц для новых установок. Немецкий VDE в первом стандарте для электрических машин и трансформаторов в 1902 году рекомендовал 25 Гц и 50 Гц в качестве стандартных частот. VDE не видел особого применения 25 Гц и исключил его из выпуска стандарта 1914 года. Остаточные установки на других частотах сохранялись до тех пор, пока много лет после Второй мировой войны. [9]

В дополнение к колонке Эдварда Л. Оуэна 1997 года, которую цитирует Расмус Фабер, здесь есть еще одна хорошая статья: «Техническое происхождение частоты 60 Гц в качестве стандартной частоты переменного тока в Северной Америке» IEEE Power Engineering Review, март 1999 года, Пол Никсон, с. 35-37. Полная статья написана за платным доступом, но они публикуют первую страницу в виде изображения в формате png, на которое я буду ссылаться ниже.

Особенно интересный раздел здесь:

К концу 1889 г. и началу 1890 г. генераторы с прямой связью вступали в экспериментальную стадию. Эти машины оказались бы гораздо надежнее генераторов с ременным приводом, но работали бы на гораздо более низких скоростях. Потребность в более низких рабочих частотах переменного тока [чем 133,3 Гц] была очевидной, опять-таки обусловленной конструктивными и механическими ограничениями. Например, генератор переменного тока, приводимый в движение двигателем с частотой вращения 100 об / мин, потребовал бы 160 полюсов для получения частоты 133 1/3 Гц. Этот тип конструкции рассматривался как запретительный. Примерно в это же время Westinghouse Co. провела инженерное исследование, которое рассмотрело как электрические рабочие характеристики с учетом системных компонентов времени, так и возможные ограничения конструкции генератора с приводом от двигателя, и рекомендовало 7, Частота 200 оборотов в минуту (60 Гц при 2 полюсах) была такой высокой частотой, которая была бы желательна для скоростей двигателя, которые были тогда достижимы. 60 Гц был на самом деле тщательно подобранным компромиссом. Считалось, что более высокие частоты будут лучше для трансформаторов, чем они существуют, в то время как более низкие частоты могут быть лучше для генераторов типа двигателя. 60 Гц впервые появились в продаже в 1890 году. Самые ранние системы с частотой 60 Гц, как и более ранние системы переменного тока (140, 133 1/3, 125 Гц), были однофазными.

К 1892 году существовало большое количество центральных станций с частотой 60 Гц, спроектированных Вестингаузом, и 60 Гц захватили долю бизнеса переменного тока с более высоких частот.

_{(источник: ieee.org )}

Таким образом, мы в основном имеем компромиссы (трансформаторы лучше на высоких частотах, чем электрические машины лучше на низких частотах, что в значительной степени все еще актуально сегодня), приводящие к несколько произвольному компромиссу, а затем к сетевым эффектам, укрепляющим выбор.

В статье Оуэна также упоминается, что в южной Калифорнии была частота 50 Гц, пока преобразование в 60 Гц не было завершено в 1948 году. В Японии по-прежнему есть половина 50 Гц и 60 Гц: Оуэн заявляет "В 1895 году AEG продала генератор 50 Гц энергетической компании в Токио и восточной части страны. половина Японии была поставлена ​​на путь 50 Гц. Чуть более года спустя GE продала генератор 60 Гц энергетической компании в Осаке, а западная половина Японии была поставлена ​​на путь 60 Гц ». В конце концов, кажется, что это в основном инерционные / сетевые эффекты - слишком болезненно менять крупные инфраструктурные проекты.

Из истоков 60-Гц как частоты электропитания (IEEE Industry Applications Magazine, декабрь 1997, колонка «История» Эдварда Л. Оуэна ):

«выбор был между 50 и 60 Гц, и оба были в равной степени приспособлены к потребностям. Когда были учтены все факторы, не было убедительной причины выбирать какую-либо частоту. Наконец, было принято решение стандартизировать на 60 Гц как было меньше шансов вызвать раздражающее мерцание света ».

Я полагаю, что после того, как Тесла выиграл бой AC / DC с Эдисоном, он приобрел большое влияние и более или менее продиктовал частоту 60 Гц в США. Он также изобрел люминесцентную лампу в то время, и время распада люминофора, вероятно, было меньше, и у него было больше мерцания при 50 Гц, который излучает свет при 2-кратной скорости.

Немецкий VDE доминировал над стандартами в начале 1900-х годов, а Европа стандартизировалась до 50 Гц после Второй мировой войны, как сказал вчера Мэтт.

Существует еще одна система для электросетевого транспорта. Это называется HVDC. К сожалению, с учетом требований обратной вычислимости стандартная частота такая же прочная, как и у Rubidium, для будущего использования. Поэтому они используют огромные инверторы вакуумных ламп, чтобы вернуться к переменному току после длительного распределения.

Другим примером являются генераторы переменной частоты на дизельных поездах, предназначенные только для хранения в аккумуляторах, чтобы тяговые двигатели постоянного тока могли работать от аккумуляторов. Это наиболее эффективный и экономичный способ, поскольку нет связи с частотой 50 или 60 Гц.

Русские и другие экспериментировали с магнитогидродинамическими (МГД) генераторами без подвижных частей и полей> 1 Т.

В некоторых случаях эти генераторы работают в диапазоне 4-6 кГц.

Если бы они знали, как распределять HVDC во времена Эдисона, Тесла проиграл бы битву, в которой он выиграл, из-за повышения эффективности увеличения трансформатора и снижения издержек распределения, надежности асинхронных двигателей по сравнению с щеточным типом постоянного тока и других причин.

"Частота обновления" человеческого глаза, по сути, составляет около 60 Гц. Это было определяющим фактором при выборе частоты генерации энергии; Он спроектирован так, чтобы иметь как можно более низкую частоту для обеспечения осуществимости, и, таким образом, в итоге оказался на частоте около 60 Гц (50 в различных частях света).

представьте, 100 лет назад самый большой турбогенератор большой мощности, который вы можете получить, - это 250 об / мин с 8 или 16 полюсами 3 фазы, и если вы запускаете его слишком быстро, он резонирует и слишком медленный, неэффективный. затем вы решаете передавать с использованием переменного тока вместо постоянного тока и в конечном итоге получите 25 Гц, а затем 50 Гц в одной стране, думая, что если мы будем использовать 60 Гц, то все наши часы будут более точными.

Позже IBM изобрела автоматические магнитные часы для повторной синхронизации, которые поступают в каждую классную комнату для синхронизации каждый час, потому что они давно использовали 60 Гц вместо 50 Гц и изобрели часы. основанный на 60 Гц, но Европа говорит, кого это волнует, турбины лучше при 250 оборотах в минуту, и мы не можем позволить себе менять всех в Европе, если мы хотим поделиться мощностью. Кроме того, если более чем 1 человек должен согласиться, вы никогда не дадите идеальный глобальный ответ.

Я не знаю точного ответа, но могу представить себе ответ, основанный на истории и вероятности возникновения электромеханических затрат на большие машины.

и если вы хотите разделить мощность назад и вперед в сети переменного тока ... она должна быть синхронной с 1 в 10 ^ 15-й мощности и нулевой фазовой погрешностью, что сложнее, чем кажется ... поэтому существуют региональные различия, основанные на многих причины ... Некоторые способы распределения мощности в сети - это высокое напряжение постоянного тока или использование двигателя-генератора или использование синхронных инверторов от HVDC с фазовой коррекцией ...

таким образом, ЕС - 50, Северной Америке - 60, и Япония - и то и другое, и у Африки есть проблемы синхронизации и много сбоев электропитания. Что говорит вам, что бы вы ни выбрали, не меняйте его на тех, кому нужно продавать власть.

(Мой брат много работал в Африке и сказал мне, что один сбой питания сгорел на каждом устройстве в его доме, включая двигатели холодильника и расходные материалы для ноутбуков. В сельской Уганде ..