Γιατί το πρότυπο συχνότητας των 50 hertz επιλέγεται στη βιομηχανία ενέργειας

Γιατί μέχρι σήμερα στον τομέα της ενέργειας για τη μετάδοση και τη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας παντού έχουν επιλεγεί συχνότητες 50 και 60 Hz και παραμένουν αποδεκτές; Έχετε σκεφτεί ποτέ κάτι τέτοιο; Αλλά αυτό δεν είναι καθόλου τυχαίο.

Στις χώρες της Ευρώπης και της ΚΑΚ υιοθετείται το πρότυπο 220-240 βολτ των 50 χερτς, στις χώρες της Βόρειας Αμερικής και στις ΗΠΑ 110-120 βολτ 60 Hz και στη Βραζιλία 120, 127 και 220 βολτ 60 Hz. Με την ευκαιρία, απευθείας στις ΗΠΑ στην έξοδο μερικές φορές μπορεί να αποδειχθεί, ας πούμε, 57 ή 54 Hz. Από πού προέρχονται αυτοί οι αριθμοί;

Ας στραφούμε στην ιστορία για να καταλάβουμε αυτό το θέμα. Κατά το δεύτερο μισό του 19ου αιώνα, επιστήμονες από πολλές χώρες του κόσμου μελέτησαν ενεργειακά την ηλεκτρική ενέργεια και έψαχναν για πρακτικές εφαρμογές. Ο Thomas Edison εφευρέθηκε ο πρώτος λαμπτήρας του, εισάγοντας έτσι ηλεκτρικό φωτισμό. Οι πρώτες μονάδες ηλεκτροπαραγωγής DC κατασκευάστηκαν. Η αρχή της ηλεκτροδότησης στις ΗΠΑ.

Οι πρώτοι λαμπτήρες ήταν τόξου, που λάμπαζαν με μια ηλεκτρική εκκένωση που καίει στον ανοικτό αέρα, αναφλέχθηκε ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια άνθρακα. Οι πειραματιστές εκείνης της εποχής γρήγορα διαπίστωσαν ότι ήταν στα 45 βολτ ότι το τόξο έγινε πιο σταθερό, ωστόσο, για ασφαλή ανάφλεξη, ένα αντιστατικό έρμα συνδέθηκε σε σειρά με τον λαμπτήρα, στον οποίο πέφτουν περίπου 20 βολτ κατά τη λειτουργία της λάμπας.

Έτσι, για μεγάλο χρονικό διάστημα, εφαρμόστηκε μια σταθερή τάση 65 volts. Στη συνέχεια αυξήθηκε σε 110 βολτ, έτσι ώστε δύο λαμπτήρες τόξου να μπορούν να συνδεθούν ταυτόχρονα στο δίκτυο.

Ο Edison ήταν ένας φανατικός υποστηρικτής συστημάτων συνεχούς ρεύματος και οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος της Edison είχαν αρχικά λειτουργήσει έτσι, παρέχοντας 110 βολτ DC σε καταναλωτικά δίκτυα.

Αλλά η τεχνολογία συνεχούς ρεύματος του Edison ήταν πολύ δαπανηρή, οικονομικά ασύμφορη: ήταν αναγκαία η τοποθέτηση πολλών χοντρών καλωδίων και η μετάδοση από τον σταθμό παραγωγής ενέργειας στον καταναλωτή δεν ξεπέρασε αρκετές εκατοντάδες μέτρα, δεδομένου ότι οι απώλειες μετάδοσης ήταν τεράστιες.

Αργότερα, εισήχθη ένα σύστημα τριών συρμάτων 220 βολτ DC (δύο παράλληλες γραμμές 110 βολτ η καθεμιά), αλλά η κατάσταση όσον αφορά την αποτελεσματικότητα μιας τέτοιας μετάδοσης δεν βελτιώθηκε σημαντικά.

Αργότερα Νικόλα Τέσλα Ανέπτυξε τους δικούς του, εντελώς καινοτόμους εναλλάκτες και εισήγαγε ένα οικονομικά αποδοτικό σύστημα για τη μετάδοση ηλεκτρικού ρεύματος σε υψηλές τάσεις πολλών χιλιάδων βολτ και η ηλεκτρική ενέργεια μπορούσε να μεταδοθεί χιλιάδες μέτρα, οι απώλειες μετάδοσης μειώθηκαν κατά δεκάδες φορές. Το συνεχές ρεύμα του Edison δεν μπορούσε να αντέξει τον ανταγωνισμό με το εναλλασσόμενο ρεύμα του Tesla.

Οι μετασχηματιστές στο σίδερο μείωσαν την υψηλή τάση στα 127 βολτ σε κάθε μια από τις τρεις φάσεις, παρέχοντας στον καταναλωτή υπό μορφή εναλλασσόμενου ρεύματος. Κατά τη λειτουργία των εναλλάκτη, που οδηγούνται από ατμό ή πτώση του νερού, οι ρότορες τους περιστρέφονταν με συχνότητα 3000 σ.α.λ. και ακόμη περισσότερο.

Αυτό επέτρεψε στους λαμπτήρες να μην τρεμοπαίζουν, οι ασύγχρονοι κινητήρες να λειτουργούν κανονικά, αντέχουν στις ονομαστικές ταχύτητες και οι μετασχηματιστές για να μετατρέψουν τον ηλεκτρισμό, να αυξήσουν και να μειώσουν την τάση.

Εν τω μεταξύ, στην ΕΣΣΔ, η τάση των δικτύων μέχρι τη δεκαετία του '60 παρέμεινε στο επίπεδο των 127 βολτ, τότε με την αύξηση των παραγωγικών δυνατοτήτων αυξήθηκε στα 220 βολτ, τα οποία είναι τώρα γνωστά σε μας.

Ο Dolivo-Dobrovolsky, όπως ο Tesla, ο οποίος μελέτησε τις δυνατότητες εναλλασσόμενου ρεύματος, πρότεινε τη χρήση ημιτονοειδούς ρεύματος για τη μετάδοση ηλεκτρικής ισχύος και πρότεινε να ρυθμιστεί η συχνότητα στην περιοχή από 30 έως 40 hertz. Αργότερα συνέκλιναν σε 50 χέρτς στην ΕΣΣΔ και σε 60 χέρτς στις ΗΠΑ. Αυτές οι συχνότητες ήταν βέλτιστες για τον εξοπλισμό AC, ο οποίος εργάστηκε σε πολλά εργοστάσια.

Η συχνότητα περιστροφής ενός διπολικού εναλλάκτη είναι 3.000 ή κατ 'ανώτατο όριο 3.600 rpm και δίνει μόνο τις συχνότητες 50 και 60 Hz κατά τη διάρκεια της παραγωγής. Για την κανονική λειτουργία του εναλλάκτη, η συχνότητα πρέπει να είναι τουλάχιστον 50-60 Hz. Οι βιομηχανικοί μετασχηματιστές μετατρέπουν εύκολα το εναλλασσόμενο ρεύμα μιας δεδομένης συχνότητας.

Σήμερα, κατ 'αρχήν, είναι δυνατόν να αυξηθεί η συχνότητα μετάδοσης ηλεκτρικής ισχύος σε πολλά kilohertz και έτσι να εξοικονομηθούν υλικά από αγωγούς σε γραμμές μεταφοράς ενέργειας, ωστόσο η υποδομή παραμένει προσαρμοσμένη ειδικά για μια τρέχουσα συχνότητα 50 Hz, σχεδιάστηκε αρχικά σε όλο τον κόσμο, οι γεννήτριες σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής περιστρέφονται με τον ίδιο με ταχύτητα 3000 στροφών ανά λεπτό, εξακολουθούν να έχουν το ίδιο ζευγάρι πόλων. Ως εκ τούτου, η τροποποίηση των συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, μεταφοράς και διανομής αποτελεί θέμα του μακρινού μέλλοντος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα 220 βολτ των 50 hertz παραμένουν τα πρότυπά μας μέχρι στιγμής.

Comments

[#1]

Καλησπέρα
Ευχαριστώ για το άρθρο. Μου άρεσε αυτό το ερώτημα και σήμερα έλαβα μια εξαντλητική απάντηση.
Αλλά υπάρχουν μερικές ερωτήσεις:
Πόσο επίπονος είναι ο μετασχηματισμός συχνότητας;
Γιατί "σε όλο τον κόσμο" εάν τα ευρωπαϊκά και τα αμερικανικά πρότυπα είναι διαφορετικά;
Και τέλος, υπάρχουν πολλά τροφοδοτικά σε 50/60 Hz. Ποια ηλεκτρική συσκευή δεν μπορεί να έχει διπλά πρότυπα;

[#2]

Κατ 'αρχήν, όλα είναι σωστά, αλλά αν λάβουμε υπόψη το γεγονός ότι δεν είναι οικονομικά εφικτό να μεταδίδουμε εναλλασσόμενο ρεύμα αυξημένης συχνότητας σε μεγάλες αποστάσεις λόγω των απωλειών που προκαλούνται από την χωρητική συνιστώσα των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, θα ήταν πιο πιθανή εξήγηση. Η μείωση της συχνότητας συνεπάγεται και πάλι σημαντικό κόστος που συνδέεται με την αύξηση του μεγέθους και φυσικά με το κόστος υλικών στην κατασκευή του εξοπλισμού.

[#3 επισκέπτης]

Όλα από το γεγονός ότι δεν ήταν δυνατόν να αυξηθεί η τάση στην ισχύ εκπομπής σε αποστάσεις - οι μετασχηματιστές λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα. Εκείνη τη στιγμή ήταν η μόνη σωστή απόφαση ..

[#4]

Όσο για τον Dolivo-Dobrovolsky --- αυτός ο «μηχανικός-καινοτόμος» εργάστηκε για τον Edison, ο οποίος έκλεψε (δεν πληρώνει) τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας της Tesla για μέρος του εξοπλισμού ενός συστήματος AC δύο φάσεων .... ενώ ο ίδιος ο Tesla απείλησε αυτό με ένα σοβαρό δικαστήριο ... πώς συνεχίστηκαν τα χρήματα στην εταιρεία Westinghouse, δεν προέκυψε τίποτα καλύτερο και πατενταρισμένο σύστημα τριφασικού ρεύματος ..... με τις πιο πρωτόγονες τροποποιήσεις του συστήματος δύο φάσεων .. Η Dolivo-Dobrovolsky πραγματοποίησε το έργο τροποποίησης, το οποίο κοστίζει τα πάντα ακριβώς 30% για αναλώσιμα, και δεν υπάρχει απολύτως κανένα όφελος εκτός από το επιπλέον σύρμα και την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού. Αυτό έγινε στην Ευρώπη, όπου υπήρχαν λίγες γραμμές συνεχούς ρεύματος για δύο καλώδια, σε αντίθεση με την Αμερική, όπου ήταν ήδη παντού και η Tesla ανέπτυξε ένα διφασικό σύστημα με έδαφος μόνο για τους σκοπούς της χρήσης τους.

[#5 Alex gal]

"Για την κανονική λειτουργία του εναλλάκτη, η συχνότητα πρέπει να είναι τουλάχιστον 50-60 Hz"

Γιατί είναι έτσι; Η γεννήτρια δεν ενδιαφέρεται για τη συχνότητα που θα δώσει.

Το άρθρο λέει πολύ σωστά, με πλήρη σαφήνεια δεν υπάρχει λόγος 50Hz.

Αλλά στην πραγματικότητα, όλα είναι πολύ απλά, αλλά το άρθρο δεν το λέει αυτό. Στην πραγματικότητα, οι ατμομηχανές δεν μπορούν να λειτουργούν με ταχύτητα 3000 σ.α.λ., μέγιστο 100-200 σ.α.λ. Σε μια τέτοια συχνότητα, η πρώτη από αυτές εργάστηκε, αυξάνοντας την ταχύτητα με μειωτήρες ιμάντα. Δεν θα σηκώσετε πολλά εκεί.Και επειδή η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος εξαρτάται άμεσα από τον αριθμό των στροφών f = n / 60 για ένα ζεύγος πόλων, ενώ ήταν τεχνικά δύσκολο να επιτευχθούν υψηλές στροφές, επομένως η συχνότητα επιλέχθηκε όσο το δυνατόν χαμηλότερη. Και δεδομένου ότι δεν ήταν εφικτές 3000 σ.α.λ., αυξήθηκε ο αριθμός των ζευγών πόλων γεννήτριας. Μια τέτοια γεννήτρια, για παράδειγμα, με 8 πόλους χτίστηκε το 1878. Έδωσε 40Hz από μια ατμομηχανή, γι 'αυτό, γυρίζει μέχρι 600 περιστροφές μέσω ενός μειωτήρα ιμάντα.

Δηλαδή, αυτό είναι ένα παράδειγμα της δυσκολίας λήψης τάσης τροφοδοσίας υψηλής συχνότητας. Τώρα γιατί δεν είναι 30, όχι 40, αλλά 50 ή 60Hz.

Όλα είναι απλά. Έχετε δίκιο ότι οι πρώτοι καταναλωτές για αυτές τις γεννήτριες ήταν λαμπτήρες. Η προτεινόμενη συχνότητα 30-40Hz προκάλεσε δυσάρεστες και αξιοσημείωτες παλμύνσεις φωτισμού. Στα 50 Hz, οι παλμοί ήταν ήδη αισθητοί, πάνω - υπήρχαν δυσκολίες στην αύξηση της ταχύτητας του άξονα της γεννήτριας ή με τον τεχνικό σχεδιασμό της περιέλιξης της γεννήτριας (ο αριθμός των πόλων της). Κάτι τέτοιο.

[#6 Maxim]

Η αύξηση της συχνότητας οδηγεί σε αύξηση των απωλειών στην χωρητικότητα και την επαγωγή + εκπομπή ραδιοσυχνοτήτων. Ακριβώς στη γραμμή ενός συνεχούς ρεύματος ελάχιστες απώλειες. Kilohertz για να οδηγήσει OH αμφιβάλλω πώς θα τσίμπημα σε αυτό θα είναι ήδη 110kV ενδιαφέρον.

[#7 Jnsx]

Αλλά ιδανικά για τα μάτια, μια καλύτερη συχνότητα είναι 100Hz; Ή έκανα λάθος να συγκρίνω τη συχνότητα του τρεμοπαίζει με τη συχνότητα της οθόνης. Αλλά αν ένας λαμπτήρας στα 50Hz εξακολουθεί να τρεμοπαίζει λίγο, τότε στα 60 τρεμοπαίζει λιγότερο και στα 100Hz θα υπάρχει ένα ωραίο καθαρό ακόμα φως; Και το όλο πρόβλημα είναι το κόστος;

[#8 Kitaro]

Ως συνήθως, όλοι παραπλανούνται. Δείτε πώς έχουν μειωθεί οι φορτιστές που λειτουργούν σε υψηλότερες συχνότητες. Τα τροφοδοτικά, οι μετατροπείς και άλλες συσκευές μειώνονται αυξάνοντας τη συχνότητα του δικτύου. Όχι μόνο αυτό, σε ορισμένες συχνότητες, ένα άτομο δεν αισθάνεται το πέρασμα του ρεύματος μέσα από το σώμα του. Μπορείτε να πείτε πολλά περισσότερα για τις δυνατότητες αυξημένων συχνοτήτων ...

[#9 Konoplyov]

Η αποκέντρωση και η αυτονομία της παραγωγής ενέργειας σε επίπεδο συστάδων 20-200 μέτρων θα σώσει την παγκόσμια οικονομία και, κατά συνέπεια, τον πολιτισμό. Ταυτόχρονα, μια γεννήτρια 5 kW δεν πρέπει να είναι ακριβότερη από ένα απλό κινητό τηλέφωνο με κουμπιά, η εξαίρεση είναι ο βιομηχανικός καταναλωτής.

[#10 Ratibor]

Άρθρο από το κακό. Απλά παραδεχτείτε ότι η υψηλή συχνότητα δεν είναι ευεργετική για τους αστικούς καπιταλιστές, αφού οι απώλειες στα δίκτυα θα εξαφανιστούν, οι άνθρωποι δεν θα συγκλονιστούν και δεν θα χρειαστεί να χτίσουν πυρηνικούς σταθμούς και θερμοηλεκτρικούς σταθμούς καθώς και να πληρώσουν για το φως. Και το 50 Hz είναι πολύ επιβλαβές για τον ανθρώπινο εγκέφαλο, είναι γεγονός. Οι άνθρωποι πρέπει να κολυμπήσουν στην ενέργεια και να ζήσουν πλούσια, αλλά οι υπάλληλοι της java δεν το επιτρέπουν αυτό.

[#11 Κωνσταντίν]

Το άρθρο είναι για τίποτα, η κύρια ιδέα: καλά, συνέβη. Όλες οι κύριες πληροφορίες περιέχονται στα σχόλια (((
Θα προσθέσω ένα ακόμη: στα αεροπλάνα, χρησιμοποιείται αυξημένη συχνότητα εσωτερικού δικτύου = 400 Hz, πλεονέκτημα: συμπαγής εξοπλισμός. Πολλές συσκευές εξακολουθούν να χρειάζονται ένα σταθερό ρεύμα και πολύ λιγότεροι πυκνωτές χρειάζονται για να διορθώσουν τα 400Hz από το να διορθώσουν 50 / 60Hz

[#12 Serzhik]

Μην συγκρίνετε τον καταναλωτικό εξοπλισμό (φόρτιση) και τις γραμμές μεταφοράς. Για τη μετάδοση μιας τέτοιας υψηλής συχνότητας (εκατοντάδες kilohertz) τάσης πάνω από τα καλώδια χωρίς τεράστιες απώλειες σε μεγάλη απόσταση.

[#13 Παύλος]

Η συχνότητα των 50 Hz στα οικιακά ηλεκτρικά δίκτυα επιλέχθηκε, πιθανώς λόγω του γεγονότος ότι οι λαμπτήρες πυράκτωσης χρησιμοποιήθηκαν παντού και η θερμική τους αδράνεια επιτρέπει την εφαρμογή της συχνότητας μέχρι περίπου 25 Hz (σε χαμηλότερη συχνότητα, ο παλμός φωτός καθίσταται εμφανής). Αυτό είναι το χαμηλότερο όριο. Λοιπόν, η κορυφή σχετίζεται με τις τεχνικές δυνατότητες των γεννητριών.

[#14 Ανώνυμος]

Στην πραγματικότητα, ένα τριφασικό σύστημα σας επιτρέπει να οργανώσετε έναν απλό και αποδοτικό ηλεκτρικό κινητήρα, σε αντίθεση με έναν μονοφασικό (όχι διφασικό!), Που απαιτεί πυκνωτές μετατόπισης φάσης και έχει χαμηλή απόδοση.

Στην αεροπορία, χρησιμοποιείται συχνότητα 400 Hz λόγω της παρουσίας συγκεκριμένων καταναλωτών - ορίζοντες και γυροσκοπικά, των οποίων τα σφόνδυλα πρέπει να περιστρέφονται σε υψηλή συχνότητα, η οποία παρέχεται από ασύγχρονους ηλεκτροκινητήρες που τροφοδοτούνται από ένα τέτοιο δίκτυο.