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起重電機(jī)之電機(jī)為什么要選用50HZ的交流電

發(fā)布時(shí)間：2022-07-21 09:40:00 點(diǎn)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(dāng)年愛(ài)迪生為了證明特斯拉的交流電有危險(xiǎn)，用交流電電死了一票小動(dòng)物，如果大象也算小動(dòng)物的話…客觀上說(shuō)，同樣的電流大小下，人體耐受直流電的時(shí)間是要長(zhǎng)于耐受交流電的時(shí)間，跟心室震顫什么的有關(guān)系，也就是交流電更危險(xiǎn)。

可愛(ài)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(jí)的優(yōu)勢(shì)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(huì)減小，消耗在線路上的能量也會(huì)隨之降低,而直流送電另一個(gè)問(wèn)題是難以開(kāi)斷，直到現(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題依舊是個(gè)困擾。直流輸電的問(wèn)題同平時(shí)拔電器插銷時(shí)會(huì)出現(xiàn)電火花一樣，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)，這個(gè)電火花是無(wú)法熄滅的，我們稱之為“電弧”。

對(duì)于交流電而言，電流會(huì)改變方向，因而有電流過(guò)零的時(shí)刻，利用這個(gè)小電流時(shí)間點(diǎn)，我們可以通過(guò)滅弧裝置切斷線路電流。但直流電流方向不會(huì)改變，沒(méi)有這個(gè)過(guò)零點(diǎn)，我們想要滅弧就很難了。

一、變壓器效率的問(wèn)題

變壓器是靠原邊的磁場(chǎng)變化，感應(yīng)到副邊升壓或降壓的。磁場(chǎng)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(méi)有感應(yīng)，所以頻率太低了不行。

二、用電設(shè)備功率問(wèn)題

舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就是他的頻率，比如怠速時(shí)500轉(zhuǎn)/分鐘，加速換擋時(shí)是3000轉(zhuǎn)/分鐘，換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來(lái)了，轉(zhuǎn)速越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率越大。

同樣道理，在相同頻率下，發(fā)動(dòng)機(jī)越大，輸出功率越大，這也是為什么柴油機(jī)個(gè)頭都比汽油大的原因，個(gè)兒大勁兒大的柴油機(jī)才能帶動(dòng)公交卡車等重型汽車。

同理，電動(dòng)機(jī)（或者說(shuō)一切轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械）既要求個(gè)頭小，要求輸出功率大，只有一個(gè)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?yàn)槲覀冃枰獋€(gè)頭小但功率大的電動(dòng)機(jī)。

變頻空調(diào)也是同樣的道理，通過(guò)變換交流電的頻率，來(lái)控制空調(diào)壓縮機(jī)的輸出功率。總之，功率與頻率在一定范圍內(nèi)正相關(guān)。

兩個(gè)問(wèn)題，一是線路和設(shè)備的損耗增加，二是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)快。

先來(lái)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(wú)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(duì)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(duì)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(huì)增加。

另一個(gè)問(wèn)題是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在的發(fā)電機(jī)組基本是單級(jí)機(jī)，也就是一對(duì)磁極。為了發(fā)出50Hz的電，轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)速要達(dá)到3000轉(zhuǎn)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000轉(zhuǎn)時(shí)，就能明顯感覺(jué)引擎在振動(dòng)作響了，轉(zhuǎn)到六七千轉(zhuǎn)時(shí)，你就會(huì)覺(jué)得發(fā)動(dòng)機(jī)快跳出引擎蓋了。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)尚且如此，更何況是一個(gè)重達(dá)百噸的實(shí)心鐵疙瘩轉(zhuǎn)子與汽輪機(jī)，這也是發(fā)電廠的噪音很大的原因。一個(gè)重達(dá)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(jì)發(fā)電機(jī)能飛出廠房了。

如此重的轉(zhuǎn)子具有相當(dāng)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(yùn)行的前提。同樣也是為什么風(fēng)電和太陽(yáng)能這種間歇性電源對(duì)傳統(tǒng)電源提出挑戰(zhàn)的原因。

因?yàn)轱L(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(shí)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(dòng)機(jī)可以個(gè)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(jī)轉(zhuǎn)速不必過(guò)高。

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