Почему двигатель должен выбирать переменный ток частотой 50 Гц? |

Вибрация двигателя является одним из современных условий эксплуатации двигателей. Итак, знаете ли вы, почему электрическое оборудование, такое как двигатели, использует переменный ток частотой 50 Гц вместо 60 Гц?

В некоторых странах мира, таких как Великобритания и США, используется переменный ток частотой 60 Гц, поскольку они используют десятичную систему счисления: 12 созвездий, 12 часов, 12 шиллингов равны 1 фунту и так далее.Позже страны приняли десятичную систему счисления, поэтому частота составляет 50 Гц.

Так почему же мы выбираем переменный ток частотой 50 Гц вместо 5 Гц или 400 Гц?

Что делать, если частота ниже?

Самая низкая частота равна 0, то есть постоянному току.Чтобы доказать, что переменный ток Теслы опасен, Эдисон использовал переменный ток, чтобы казнить электрическим током мелких животных. Если слонов считать мелкими животными... Объективно говоря, при одинаковой величине тока человеческое тело может выдерживать постоянный ток дольше, чем время выдерживания переменного тока, что связано с фибрилляцией желудочков, то есть переменный ток более опасен.

Милый Диксон в конце концов тоже проиграл Тесле, а переменный ток победил постоянный, имея преимущество в легком изменении уровня напряжения.В случае одинаковой мощности передачи увеличение напряжения приведет к уменьшению тока передачи, а также уменьшится потребляемая на линии энергия. Другая проблема передачи постоянного тока заключается в том, что ее трудно сломать, и эта проблема остается проблемой до сих пор.Проблема передачи постоянного тока такая же, как и искра, возникающая при обычном выдергивании электрической вилки. Когда ток достигает определенного уровня, искра не может погаснуть. Мы называем это «дугой».

В случае переменного тока ток меняет направление, поэтому в определенный момент ток пересекает ноль. Используя этот момент времени с малым током, мы можем отключить линейный ток через устройство гашения дуги.Но направление постоянного тока не изменится. Без этой точки перехода через ноль нам было бы очень сложно погасить дугу.

Что не так с низкочастотным переменным током?

Во-первых, проблема КПД трансформатора.

Трансформатор полагается на изменение магнитного поля на первичной стороне, чтобы определить повышение или понижение вторичной стороны.Чем медленнее меняется частота магнитного поля, тем слабее индукция. Крайний случай — постоянный ток, а индукции вообще нет, поэтому частота слишком низкая.

Во-вторых, проблема мощности электрооборудования.

Например, скорость двигателя автомобиля — это его частота, например 500 об/мин на холостом ходу, 3000 об/мин при ускорении и переключении передач, а преобразованные частоты составляют 8,3 Гц и 50 Гц соответственно.Это показывает, что чем выше скорость, тем больше мощность двигателя.

Точно так же при одной и той же частоте, чем больше двигатель, тем больше выходная мощность, поэтому дизельные двигатели больше бензиновых, а большие и мощные дизельные двигатели могут приводить в движение тяжелые транспортные средства, такие как автобусы.

Точно так же двигатель (или все вращающиеся механизмы) требует как небольшого размера, так и большой выходной мощности. Путь только один – увеличить скорость, именно поэтому частота переменного тока не может быть слишком низкой, ведь нам нужен небольшой размер, но большая мощность. электродвигатель.

То же самое относится и к инверторным кондиционерам, которые регулируют выходную мощность компрессора кондиционера путем изменения частоты переменного тока.Таким образом, мощность и частота положительно коррелируют в определенном диапазоне.

Что делать, если частота высокая?Например, как насчет 400 Гц?

Есть две проблемы: одна заключается в том, что потери линий и оборудования увеличиваются, а другая в том, что генератор вращается слишком быстро.

Давайте сначала поговорим о потерях. Линии электропередачи, оборудование подстанций и электрооборудование имеют реактивное сопротивление. Реактивное сопротивление пропорционально частоте. меньше.

В настоящее время реактивное сопротивление линии передачи частотой 50 Гц составляет около 0,4 Ом, что примерно в 10 раз превышает сопротивление. Если увеличить частоту до 400 Гц, реактивное сопротивление составит 3,2 Ом, что примерно в 80 раз превышает сопротивление.Для высоковольтных линий электропередачи снижение реактивного сопротивления является ключом к улучшению мощности передачи.

Реактивному сопротивлению соответствует также емкостное реактивное сопротивление, обратно пропорциональное частоте. Чем выше частота, тем меньше емкостное реактивное сопротивление и больше ток утечки линии.Если частота высока, ток утечки линии также увеличится.

Другая проблема – скорость генератора.Генераторная установка тока по сути представляет собой одноступенчатую машину, то есть пару магнитных полюсов.Для выработки электроэнергии частотой 50 Гц ротор вращается со скоростью 3000 об/мин.Когда частота вращения двигателя достигает 3000 об/мин, вы отчетливо ощущаете вибрацию двигателя. Когда он достигнет 6000 или 7000 об/мин, вы почувствуете, что двигатель вот-вот выпрыгнет из капота.

Двигатель автомобиля по-прежнему такой, не говоря уже о прочном железном кусковом роторе и паровой турбине весом 100 тонн, что также является причиной сильного шума силовой установки.Стальной ротор весом 100 тонн и скоростью 3000 оборотов в минуту легче сказать, чем сделать. Если частота в три-четыре раза выше, то, по оценкам, генератор может вылететь из цеха.

Такой тяжелый ротор обладает значительной инерцией, что также является предпосылкой того, что энергосистема называется инерционной системой и может поддерживать безопасную и стабильную работу.Именно поэтому источники прерывистой энергии, такие как ветер и солнечная энергия, бросают вызов традиционным источникам энергии.

Поскольку обстановка меняется быстро, роторы весом в десятки тонн очень медленно уменьшают или увеличивают мощность из-за огромной инерции (концепция скорости изменения скорости), которая не может идти в ногу с изменениями в выработке энергии ветра и фотоэлектрической энергии, поэтому иногда от этого приходится отказываться. Ветер и заброшенный свет.

Из этого видно

Причина, по которой частота не может быть слишком низкой: трансформатор может быть высокоэффективным, а двигатель может быть небольшим по размеру и большой мощности.

Причина, по которой частота не должна быть слишком высокой: потери в линиях и оборудовании могут быть небольшими, а скорость генератора не обязательно должна быть слишком высокой.

Поэтому по опыту и привычке наша электрическая энергия устанавливается на уровне 50 или 60 Гц.

Время публикации: 06 июля 2022 г.