Dlaczego silnik powinien wybrać 50HZ AC?

Wibracje silnika są jednym z aktualnych warunków pracy silników. Czy wiesz, dlaczego sprzęt elektryczny, taki jak silniki, wykorzystuje prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz zamiast 60 Hz?

 

Niektóre kraje na świecie, takie jak Wielka Brytania i Stany Zjednoczone, używają prądu przemiennego o częstotliwości 60 Hz, ponieważ używają systemu dziesiętnego, co oznacza, że ​​12 konstelacji, 12 godzin, 12 szylingów równa się 1 funtowi i tak dalej.Późniejsze kraje przyjęły system dziesiętny, więc częstotliwość wynosi 50 Hz.

 

Dlaczego więc wybieramy 50 Hz AC zamiast 5 Hz lub 400 Hz?

 

A co jeśli częstotliwość jest niższa?

 

Najniższa częstotliwość to 0, czyli prąd stały.Aby udowodnić, że prąd przemienny Tesli jest niebezpieczny, Edison użył prądu przemiennego do porażenia prądem elektrycznym małych zwierząt. Jeśli słonie są uważane za małe zwierzęta… Obiektywnie rzecz biorąc, przy tej samej wielkości prądu ciało ludzkie jest w stanie wytrzymać prąd stały dłużej niż. Czas wytrzymywania prądu przemiennego jest związany z migotaniem komór, co oznacza, że ​​prąd przemienny jest bardziej niebezpieczny.

 

Słodki Dickson również ostatecznie przegrał z Teslą, a AC pokonał DC z tą zaletą, że łatwo zmienia poziom napięcia.W przypadku tej samej mocy transmisji, zwiększenie napięcia spowoduje zmniejszenie prądu transmisji, a także zmniejszy się energia pobierana na linii. Innym problemem transmisji prądu stałego jest to, że trudno ją przerwać i problem ten nadal stanowi problem.Problem transmisji prądu stałego jest taki sam, jak iskra powstająca przy wyciąganiu wtyczki elektrycznej w zwykłych sytuacjach. Kiedy prąd osiągnie określony poziom, iskra nie może zostać zgaszona. Nazywamy to „łukiem”.

 

W przypadku prądu przemiennego prąd zmieni kierunek, więc jest czas, kiedy prąd przekroczy zero. Wykorzystując ten mały punkt czasowy prądu, możemy odciąć prąd sieciowy przez urządzenie gaszące łuk.Ale kierunek prądu stałego nie ulegnie zmianie. Bez tego punktu przejścia przez zero bardzo trudno byłoby nam zgasić łuk.

 

微信图片_20220706155234

Co jest nie tak z prądem przemiennym o niskiej częstotliwości?
 

Po pierwsze, problem sprawności transformatora

Transformator opiera się na zmianie pola magnetycznego po stronie pierwotnej, aby wykryć wzrost lub spadek strony wtórnej.Im wolniejsza jest częstotliwość zmian pola magnetycznego, tym słabsza indukcja. Skrajnym przypadkiem jest prąd stały i w ogóle nie ma indukcji, więc częstotliwość jest zbyt niska.

 

Po drugie, problem zasilania sprzętu elektrycznego

Na przykład prędkość silnika samochodu to jego częstotliwość, np. 500 obr./min na biegu jałowym, 3000 obr./min podczas przyspieszania i zmiany biegów, a przeliczone częstotliwości to odpowiednio 8,3 Hz i 50 Hz.Pokazuje to, że im wyższa prędkość, tym większa moc silnika.

W ten sam sposób, przy tej samej częstotliwości, im większy silnik, tym większa moc wyjściowa, dlatego silniki wysokoprężne są większe niż benzynowe, a duże i mocne silniki wysokoprężne mogą napędzać ciężkie pojazdy, takie jak autobusy ciężarowe.

 

W ten sam sposób silnik (lub wszystkie maszyny wirujące) wymaga zarówno małych rozmiarów, jak i dużej mocy wyjściowej. Sposób jest tylko jeden – zwiększyć prędkość, dlatego częstotliwość prądu przemiennego nie może być za mała, bo potrzebny jest mały rozmiar, ale duża moc. silnik elektryczny.

To samo dotyczy klimatyzatorów inwerterowych, które sterują mocą wyjściową sprężarki klimatyzatora poprzez zmianę częstotliwości prądu przemiennego.Podsumowując, moc i częstotliwość są dodatnio skorelowane w pewnym zakresie.

 

A co jeśli częstotliwość jest wysoka?Na przykład, co powiesz na 400 Hz?

 

Istnieją dwa problemy, jeden polega na tym, że wzrasta utrata linii i sprzętu, a drugi polega na tym, że generator obraca się zbyt szybko.

 

Porozmawiajmy najpierw o stracie. Linie przesyłowe, wyposażenie podstacji i sprzęt elektryczny mają reaktancję. Reaktancja jest proporcjonalna do częstotliwości. mniej.

Obecnie reaktancja linii przesyłowej 50 Hz wynosi około 0,4 oma, co stanowi około 10-krotność rezystancji. Jeśli zostanie zwiększona do 400 Hz, reaktancja wyniesie 3,2 oma, co stanowi około 80 razy większą rezystancję.W przypadku linii przesyłowych wysokiego napięcia zmniejszenie reaktancji jest kluczem do poprawy mocy przesyłowej.

Odpowiednio do reaktancji istnieje również reaktancja pojemnościowa, która jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości. Im wyższa częstotliwość, tym mniejsza reaktancja pojemnościowa i większy prąd upływowy linii.Jeśli częstotliwość jest wysoka, prąd upływowy linii również wzrośnie.

 

Kolejnym problemem jest prędkość generatora.Zespół prądotwórczy jest w zasadzie maszyną jednostopniową, czyli parą biegunów magnetycznych.Aby wygenerować prąd o częstotliwości 50 Hz, wirnik obraca się z prędkością 3000 obr./min.Gdy obroty silnika osiągną 3000 obr/min, wyraźnie czuć wibracje silnika. Kiedy obroty wzrosną do 6000 lub 7000 obr/min, poczujesz, że silnik zaraz wyskoczy spod maski.

 

Silnik samochodu nadal taki jest, nie wspominając o solidnym, żelaznym wirniku i turbinie parowej o wadze 100 ton, co jest również przyczyną głośnego hałasu elektrowni.Łatwiej powiedzieć, niż zrobić stalowy wirnik ważący 100 ton przy 3000 obrotów na minutę. Jeśli częstotliwość jest trzy lub czterokrotnie wyższa, szacuje się, że generator może wylecieć z warsztatu.

 

Tak ciężki wirnik ma znaczną bezwładność, co jest jednocześnie założeniem, że układ elektroenergetyczny nazywany jest układem inercyjnym i może zachować bezpieczną i stabilną pracę.Z tego też powodu nieciągłe źródła energii, takie jak energia wiatrowa i słoneczna, stanowią wyzwanie dla tradycyjnych źródeł energii.

 

Ponieważ sceneria zmienia się szybko, ważące dziesiątki ton wirniki bardzo powoli zmniejszają lub zwiększają moc ze względu na ogromną bezwładność (koncepcja szybkości narastania), która nie nadąża za zmianami wytwarzania energii wiatrowej i fotowoltaicznej, więc czasami trzeba to porzucić. Wiatr i opuszczone światło.

 

Z tego widać

Powód, dla którego częstotliwość nie może być zbyt niska: transformator może być bardzo wydajny, a silnik może mieć mały rozmiar i dużą moc.

Powód, dla którego częstotliwość nie powinna być zbyt wysoka: straty w liniach i sprzęcie mogą być niewielkie, a prędkość generatora nie musi być zbyt wysoka.

Dlatego zgodnie z doświadczeniem i przyzwyczajeniem naszą energię elektryczną ustawiamy na 50 lub 60 Hz.


Czas publikacji: 6 lipca 2022 r