¿Por qué la frecuencia del circuito doméstico es de 50 HZ en lugar de 70 HZ?

En los sistemas eléctricos, la frecuencia es un elemento básico muy importante y no puede determinarse de forma arbitraria.

Esta pregunta parece simple, pero en realidad es una cuestión relativamente compleja que involucra muchos aspectos. Desde una perspectiva de principio, debe remontarse al descubrimiento de Maxwell de la teoría electromagnética clásica y la adición de Hertz a la teoría de Maxwell. El ingeniero británico Watkin fabricó por primera vez un motor eléctrico, el francés Pixie hizo un generador y Siemens descubrió la generación de energía. Hablando del principio de la máquina, inventó el generador, que fue la primera aplicación práctica en el campo de los generadores.

Después se descubrió que el teorema resumido es que la corriente que cambia de dirección periódicamente se llama corriente alterna, el tiempo durante el cual la corriente cambia periódicamente se llama período y el número de veces que la corriente cambia por el segundo se llama frecuencia. La unidad es Hertz (en memoria de las contribuciones de Hertz). La frecuencia de la corriente alterna es 50 (60) Hz, y la dirección de la corriente cambia periódicamente 50 (60) veces por segundo, y el número de cambios por segundo es 100 (120) veces.

El motor eléctrico está fabricado basándose en el principio básico de una bobina energizada que gira en un campo magnético. Si se agregan dos anillos colectores de cobre y dos escobillas en contacto con los anillos colectores a ambos extremos de la bobina del motor, se convierte en un alternador (principio). Un generador es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica y necesita ser impulsado por un motor primario.

La determinación de la frecuencia está relacionada con la estructura y materiales de generadores, motores y transformadores.

La velocidad síncrona de un generador bipolar de 50 Hz es de 3000 rpm. Si la frecuencia se duplica a 100 Hz, la velocidad síncrona será de 6000 rpm. Una velocidad tan alta traerá muchos problemas a la fabricación de generadores, en particular, la velocidad lineal en la superficie del rotor es demasiado alta, lo que limitará en gran medida el aumento de capacidad. Además, desde la perspectiva del uso, la frecuencia es demasiado alta, lo que aumenta la reactancia y la pérdida electromagnética, exacerbando la cantidad de potencia reactiva. Por ejemplo, tomando como ejemplo un motor trifásico, su corriente se reduce considerablemente y su potencia de salida y par también se reducen considerablemente, lo que realmente no es beneficioso. Además, si se utiliza una frecuencia más baja, como por ejemplo 30 Hz, la eficiencia de transformación será baja, lo que será perjudicial para la transformación y transmisión de corriente alterna.

La frecuencia de los sistemas eléctricos modernos es la frecuencia de la tensión de onda fundamental sinusoidal generada por los generadores síncronos del sistema eléctrico. La frecuencia es un parámetro operativo unificado para todo el sistema de energía, y un sistema de energía tiene solo una frecuencia. La frecuencia nominal del sistema eléctrico en nuestro país y en la mayoría de los países europeos del mundo es de 50Hz. La mayoría de las Américas son de 60 Hz. La mayoría de los países estipulan que la desviación de frecuencia está entre ±0,1～0,3Hz. En mi país, la desviación de frecuencia de los sistemas de energía superiores a 3 millones de kW no excederá de ±0,2 Hz, mientras que la desviación de frecuencia de los sistemas de energía pequeños por debajo de 3 millones de kW no excederá de ±0,5 Hz; Dado que la operación de unidades grandes tiene requisitos estrictos sobre la desviación de frecuencia del sistema eléctrico, algunos países también han estipulado la desviación de frecuencia del modo de operación de falla del sistema eléctrico, que generalmente está entre ±0,5 y ±1Hz. Si se excede la desviación de frecuencia permitida, la unidad grande se disparará, lo que no favorece el funcionamiento seguro y estable del sistema.

En el sistema eléctrico, el desequilibrio entre la energía generada por el generador y la energía consumida por los equipos eléctricos y los equipos de transmisión de energía provocará cambios en la frecuencia del sistema eléctrico. Cuando la carga del sistema excede o es menor que la salida de la planta de energía, la frecuencia del sistema disminuirá o aumentará. Los cambios en la salida de la planta de energía también causarán cambios en la frecuencia del sistema.

Además, el rango de variación de frecuencia de la red eléctrica de mi país es de ±1Hz. Debido a que la inercia del ajuste de frecuencia es grande y el rango es pequeño, es fácil causar oscilaciones en la red eléctrica. Las personas que han realizado control de temperatura o voltaje constante deben entenderlo. Antes de la conexión a la red a gran escala, la frecuencia de la red eléctrica en Lanzhou era superior a 50,5 Hz y en Shanghai rondaba los 49,5 Hz. La actual conexión a la red a gran escala es beneficiosa para la estabilidad de la frecuencia y el voltaje de la red.

Cuanto mayor sea la frecuencia portadora, mejor será el tipo de onda sinusoidal y menos armónicos habrá en el devanado del motor. Sin embargo, la energía de interferencia de radiación aumenta e interfiere con los equipos eléctricos circundantes.

La diferencia en la frecuencia de la red depende de los hábitos de cálculo de las personas. La generación de energía a gran escala en las Américas se produjo antes. Las herramientas de cálculo en ese momento eran principalmente reglas de cálculo imperiales (decimales). utilizado, y más tarde Las redes eléctricas de pequeña escala utilizan datos decimales, y 50 Hz es más conveniente.

En cuanto al nivel de voltaje, se divide en dos series: generador y motor. El voltaje al que a menudo nos referimos es el voltaje del motor, que es la serie básica cada vez. se multiplica por 1,414 y se redondea, es un nivel de conversión de frecuencia. Excepto por el voltaje del generador, el voltaje del generador es el voltaje del motor del mismo nivel más 5 y se redondea. Por lo tanto, solo hay generadores de 230 V o 400 V, pero no generadores de 220 V o 380 V.

La situación especial del aeropuerto es que se requiere que el generador aerotransportado sea de tamaño pequeño y liviano. Solo aumentando la frecuencia se pueden satisfacer los requisitos de energía, por lo que se utilizan los equipos eléctricos aerotransportados correspondientes. 400 Hz, y la fuente de alimentación relacionada con la aeronave debe ser de 400 Hz. También los hay más altos para uso militar.

El propósito de utilizar 400 Hz para el suministro de energía en la aeronave es reducir el tamaño y el peso, lo cual es una ingeniería de sistema compleja. Los 400 Hz de los equipos militares y de aviónica dependen principalmente de los siguientes puntos: 1. Los generadores o motores de alta frecuencia tienen volúmenes y pesos más pequeños debido a la alta velocidad y el bajo par; 2. La potencia del generador de la aeronave se toma del motor de aviación; La velocidad de rotación es mayor; 3. Hay muchos equipos eléctricos de CC y la alta frecuencia es útil para reducir la ondulación del rectificador.