工频为什么是50或60HZ

1、晨会分享2015.4.13深圳泰昂能源科技股份有限公司电压电压波形波形频率频率可靠性可靠性电网电能质量电网电能质量深圳泰昂能源科技股份有限公司交流电网的频率，是电能质量的重要标志之一，直接关系许多电能驱动设备的产品质量，如纺织业、电子业、航空航天业等;也是电网调度赖以控制电力系统运行的核心参数，比如调峰调频和互联网的区域控制误差(ACE)。电网频率电网频率深圳泰昂能源科技股份有限公司国标波动等级规定如下：频率等级 A级 0.05Hz B级 0.5Hz C级 1Hz 供电营业规则第五十三条 在电力系统正常状况下，供电频率的允许偏差为：1、电网装机容量在300万千瓦及以上的，为02赫兹；2、电网装

2、机容量在300万千瓦以下的，为05赫兹。3、在电力系统非正常状况下，供电频率允许偏差不应超过10赫兹。站用交直流一体化电源系统技术规范 Q/GDW 5762010欧洲、非洲、澳洲、南美洲的南部、亚洲的大部分区域、日本东部及俄国，这些地区的交流电频率都是50 Hz（接近于科学音调记号法下的音符G1，是低三个八度的G）；而北美洲、南美洲的北部、日本西部及台湾，这些地区都使用60Hz交流电（大约在音符B1与B1之间）。电网频率大小电网频率大小深圳泰昂能源科技股份有限公司供电系统有史以来究竟出现多少种频率恐怕难以说清。据有限的文献记载，除航空器外，历史上出现过的交流电网频率高的有133.3Hz(双极8

3、000转)，低的有16.6Hz(双极1000转)，千差万别。交流电网频率从凌乱到趋同，是电力工业发展历程的重要一章。最后选取50 Hz(或60 Hz)作为频率标准是受到多种因素影响，有技术层面的，更有商业竞争上的原因。这些还必须放到当时的历史背景下展开讨论。为什么？为什么？ 频率最低就是0（直流）。爱迪生和特斯拉的直流交流大战。凭借交流电方便改变电压等级的优势，交流电战胜了直流电。在输送功率相同的情况下，提高电压，送电电流就能减小，消耗在线路上的能量就能降低。而直流电当时无法变压，发电机出口端电压只有几百伏，为了减少损耗，只能减少送电功率和距离，所以爱迪生当时建的电厂有点像现在的分布式电源。

4、直流送电另一个问题是难以开断，直到现在这个问题还困扰着直流输电。我们平时在拔一些电器的插销时，还会打电火花。直流输电的问题同电火花一样，当电流大到一定程度时，这个电火花是无法熄灭的，我们称之为“电弧”。对于交流电而言，电流会改变方向，因而有电流过零的时刻，利用这个小电流时间点，我们可以通过灭弧装置切断线路电流。但直流电流方向不会改变，没有这个过零点，我们想要灭弧就难了。频率过低频率过低深圳泰昂能源科技股份有限公司 低频交流，比如低频交流，比如5Hz的交流电有什么问题呢的交流电有什么问题呢? 一是变压器效率的问题。变压器是靠原边的磁场变化，感应到副边升压或降压的。磁场变化的频率越慢，感应是越弱的

5、，极端情况就是直流，根本没有感应，所以频率太低了不行。当然，太高了也会有漏磁太多的问题。 二是用电设备功率问题。既要求个头小，有要求输出功率大，只有一个办法提高转速。n=60f/p深圳泰昂能源科技股份有限公司 一是线路和设备的损耗增加。 输电线路、变电设备、用电设备，都是有电抗的，电抗与频率成正比，频率越高，电抗越大，消耗的无功就越大，能传递的有功功率就越少。目前50Hz输电线路的电抗约0.4欧姆，约是电阻的10倍，如果提高到400Hz，那电抗将是3.2欧姆，约是电阻的80倍。对于高压输电线路，降低电抗是提高输电功率的关键。与电抗相对应的还有容抗，容抗和频率成反比，频率越高，容抗越小，线路的泄

6、漏电流越大。频率过高频率过高 二是发电机转速过快。现在的发电机组基本是单级机，也就是一对磁极。为了发出50Hz的电，转子每分钟转速要达到3000转。咱们的汽车发动机转速达到3000转时，就能明显感觉引擎在振动作响了，转到六七千转时，你会觉得发动机要跳出引擎盖。小小的汽车发动机尚且如此，更何况是一个重达百吨的实心铁疙瘩转子与汽轮机，也因此发电厂的噪音都很大。一个重达百吨的钢转子每分钟转3000转谈何容易，如果频率再高三四倍，估计发电机能飞出厂房了。 如此重的转子具有相当大的惯性，这也是电力系统被称为惯性系统，能保持安全稳定运行的前提。同样也是为什么风电和太阳能这种间歇性电源对传统电源提出挑战的原

7、因。因为风光变化很快，但几十吨重的转子由于巨大的惯性，要减少出力或增加出力的速度很慢(爬坡率的概念)，跟不上风电和光伏发电的变化，所以有时不得不弃风和弃光。另外，光伏电池不是旋转设备，即非惯性系统，大量接入后，降低了电力系统的惯性，这也会对安全稳定运行造成影响。总结，频率不能太低的原因：变压器能效率高，电动机可以个头小功率大。频率不能太高的原因：线路和设备可以损耗小，发电机转速不必过高。1、诸多技术元素左右着频率的选择、诸多技术元素左右着频率的选择影响交流电网频率选择的因素复杂化是根本，但主要集中在用电设施、输变电设施和原动机方面。深圳泰昂能源科技股份有限公司决定因素决定因素1：负荷特性：负荷

8、特性以供照明负荷为主的电网趋于选择较高的频率，白炽灯在40 Hz下就存在明显的闪烁。以供感应电机负荷为主的电网趋于选择较低的频率(目前有些电力机车供电系统还采用25 Hz，通过换流器与大电网连接)。在19世纪末20世纪初的制造条件下，可以生产在50Hz系统能够运转良好的电机，却难以造出在8000转系统运行的感应电机。因此，对于兼有多种负荷的系统，折中不失为现实方案。比如，建于1895年的英国考文垂的单相电力系统的频率就选取87 Hz，一直沿用至1906年。决定因素决定因素2：输变电设施：输变电设施从变电设施的角度趋于选择较高的频率，有利于减少变压器的体积和材料，这也是为什么飞机现在依然普遍采用

9、400 Hz供电系统的主要原因，减轻重量是飞行器制造的首选目标。但从输电的角度，尤其是长距离输电，则倾向于选择较低的频率，频率越低，线路的阻抗也越低，输电损耗就越少，仅此而言，直流输电有其优越性，兼顾两方面的特性，也需要寻求平衡。技术因素技术因素其他技术上的影响因素其他技术上的影响因素当然，技术上的影响因素还有很多。比如，由于频率低的系统同步并网的难度较小，在早期电网运行水平落后的情况下，容易受到运行者青睐。另外，还有同步电钟的问题，60进制有其优越性。当然后来也有交流噪音等问题。2、最终标准、最终标准(50Hz/60Hz)并非技术上的最有频率并非技术上的最有频率技术分析表明，根据20世纪上半

10、叶的实践情况，40 Hz可能是最好的选择，也确实有很多系统采用了40 Hz。德国早期的劳芬-法兰克福联网系统采用的是40 Hz(1891年，输电距离长达175公里) 英格兰东北部电网在20世纪20年代成立英国国家电网之前也一直使用40 Hz意大利也是使用40 Hz系列(42 Hz)匈牙利也是接近使用40 Hz(412/3 Hz)但该频率最终没能成为标准，显然技术不是唯一的原因。设备制造商和电网经营者起到了决定性的的作用。深圳泰昂能源科技股份有限公司商业竞争商业竞争欧洲历时欧洲历时40余年推行余年推行50 Hz标准标准德国电机和变压器生产商VDE公司推荐25 Hz和50 Hz两项标准，到1914

11、年放弃了25Hz，全力推动50 Hz。同时，爱迪生德国公司设立的AEG公司19世纪末首次建造德国的发电设施，采用50Hz，之后依托其垂直垄断力，携手在欧洲推行50 Hz标准，历时40余年，直到二战之后才真正形成。美国西屋公司强推美国西屋公司强推60 Hz标准标准兼有制造和运行交流供电技术优势的西屋公司，在1890年后力推60 Hz的较高频率的标准(相对25 Hz低频交流的频率标准)，在美国系统沿用至今。1893年，美国GE公司曾计划按照其爱迪生系的频率标准在加州部分供电系统采用50 Hz。但迫于竞争压力，最终(1948)屈从于西屋的60 Hz标准殖民地国家主要依附宗主国或制造商的选择殖民地国家

12、主要依附宗主国或制造商的选择以巴西为例，该国一开始兼有50 Hz和60 Hz。1938年，巴西试图通过立法，用8年时间将频率统一到50 Hz。但这项计划最后没有成功，因为多数发达地区都采用60 Hz。20世纪60年代，巴西重新启用60 Hz的频率标准。深圳泰昂能源科技股份有限公司其它原因其它原因日本有两个频率，关东是50赫兹，关西是60赫兹！很简单，日本人向老外学发电时，关东人跟欧洲人学，买50赫兹的发电机，而关西人则跟美国人学，买60赫兹的发电机！还有，电网频率的差异取决于人们的计算习惯，美洲的大规模发电较早，当时的计算工具主要是英制（12进制）计算尺，为便于计算，用60Hz，稍晚一点的规模

13、电网都用10进制数据，50Hz更方便些。3、50Hz OR 60Hz，对于日常生活影响并不大，对于日常生活影响并不大 50 Hz与60 Hz，成就了现有交流电的基本格局。对于平常百姓，频率标准是否统一其实并不重要，甚至看似无关紧要。一般而言，110V供电系统采用60 Hz标准，220V供电系统采用50 Hz标准。50 Hz与60 Hz，技术上难分伯仲，大多数家用电器也能混用。 我国6070年代，汽轮机叶片断裂的事是经常发生的，其罪魁祸首就是频率偏差。当时由于电力严重短缺，电网长时间低频率运行(经常低到48 Hz)，汽轮机的转速、振动都是按照50 Hz设计的。长时间偏差运行，除降低效率，还带来加速疲劳等问题，造成叶片断裂。对电力系统运行而言，最严重的事故莫过于频率崩溃，造成大面积停电。 由于电力系统的地域性，似乎也没有统一成一种标准的动力，而且要从一种标准变更到另一种标准，其难度是难以想象的。但是，对于电力行业自身，频率的重要性便是不言自明的。因为，将电能转变成动能的设备，它的输出功率是与频率的高低正相关的(因种类不同从1次幂到4次幂不等)。 在制造技术