ทำไมมอเตอร์จึงควรเลือก 50HZ AC?

บางประเทศในโลก เช่น สหราชอาณาจักร และสหรัฐอเมริกา ใช้กระแสสลับ 60Hz เพราะใช้ระบบทศนิยม ซึ่ง 12 กลุ่มดาว 12 ชั่วโมง 12 ชิลลิงมีค่าเท่ากับ 1 ปอนด์ เป็นต้นประเทศต่อมาใช้ระบบทศนิยม ดังนั้นความถี่จึงเป็น 50Hz

จะทำอย่างไรถ้าความถี่ต่ำกว่า?

Cute Dickson ก็แพ้ Tesla ในท้ายที่สุดและ AC ก็เอาชนะ DC ได้ด้วยข้อดีของการเปลี่ยนระดับแรงดันไฟฟ้าได้อย่างง่ายดายในกรณีที่มีกำลังส่งเท่ากัน การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจะลดกระแสการส่ง และพลังงานที่ใช้บนสายก็จะลดลงด้วย ปัญหาอีกประการหนึ่งของการส่งกระแสตรงคือ พังยาก และปัญหานี้ยังคงเป็นปัญหามาจนถึงปัจจุบันปัญหาการส่งกระแสตรงก็เหมือนกับปัญหาประกายไฟที่เกิดขึ้นเมื่อดึงปลั๊กไฟออกในเวลาปกติ เมื่อกระแสถึงระดับหนึ่งจะไม่สามารถดับประกายไฟได้ เราเรียกมันว่า "ส่วนโค้ง"

สำหรับไฟฟ้ากระแสสลับกระแสจะเปลี่ยนทิศทางจึงมีเวลาที่กระแสตัดผ่านศูนย์ ด้วยการใช้จุดเวลาปัจจุบันขนาดเล็กนี้ เราสามารถตัดกระแสไฟฟ้าในเส้นผ่านอุปกรณ์ดับเพลิงส่วนโค้งได้แต่ทิศทางของกระแสไฟตรงจะไม่เปลี่ยนแปลง หากไม่มีจุดข้ามที่เป็นศูนย์ มันจะยากมากสำหรับเราที่จะดับส่วนโค้ง

หม้อแปลงไฟฟ้าอาศัยการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ด้านปฐมภูมิเพื่อรับรู้การก้าวขึ้นหรือลงของด้านทุติยภูมิยิ่งความถี่ของสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงช้าลง การเหนี่ยวนำก็จะยิ่งอ่อนลง กรณีที่รุนแรงที่สุดคือ DC และไม่มีการเหนี่ยวนำเลย ดังนั้นความถี่จึงต่ำเกินไป

ตัวอย่างเช่น ความเร็วของเครื่องยนต์ของรถยนต์คือความถี่ เช่น 500 รอบต่อนาที เมื่อเดินเบา 3,000 รอบต่อนาที เมื่อเร่งความเร็วและเปลี่ยนเกียร์ และความถี่ที่แปลงแล้วคือ 8.3Hz และ 50Hz ตามลำดับนี่แสดงให้เห็นว่ายิ่งความเร็วสูงเท่าใดพลังของเครื่องยนต์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ในทำนองเดียวกัน ที่ความถี่เดียวกัน ยิ่งเครื่องยนต์มีขนาดใหญ่เท่าใด กำลังขับก็จะยิ่งมากขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเครื่องยนต์ดีเซลจึงมีขนาดใหญ่กว่าน้ำมันเบนซิน และเครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่และทรงพลังก็สามารถขับเคลื่อนยานพาหนะหนัก เช่น รถบรรทุกรถโดยสารได้

ในทำนองเดียวกัน มอเตอร์ (หรือเครื่องจักรที่หมุนทั้งหมด) ต้องใช้ทั้งขนาดที่เล็กและกำลังเอาต์พุตที่สูง มีทางเดียวเท่านั้นคือการเพิ่มความเร็ว ซึ่งเป็นสาเหตุที่ความถี่ของกระแสสลับต้องไม่ต่ำเกินไป เพราะเราต้องการขนาดที่เล็กแต่มีกำลังสูง มอเตอร์ไฟฟ้า

เช่นเดียวกับเครื่องปรับอากาศแบบอินเวอร์เตอร์ที่ควบคุมกำลังขับของคอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศโดยการเปลี่ยนความถี่ของกระแสสลับโดยสรุป กำลังและความถี่มีความสัมพันธ์เชิงบวกภายในช่วงที่กำหนด

มาพูดถึงการสูญเสียกันก่อน สายส่ง อุปกรณ์สถานีย่อย และอุปกรณ์ไฟฟ้าล้วนมีรีแอกแตนซ์ รีแอกแตนซ์เป็นสัดส่วนกับความถี่ น้อย.

ปัจจุบันค่ารีแอกแตนซ์ของสายส่ง 50Hz มีค่าประมาณ 0.4 โอห์ม ซึ่งเป็นประมาณ 10 เท่าของความต้านทาน หากเพิ่มเป็น 400Hz รีแอคแทนซ์จะอยู่ที่ 3.2 โอห์ม ซึ่งมากกว่าความต้านทานประมาณ 80 เท่าสำหรับสายส่งไฟฟ้าแรงสูง การลดรีแอกแตนซ์เป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงกำลังส่ง

เมื่อสอดคล้องกับรีแอกแตนซ์ ยังมีรีแอกแตนซ์แบบคาปาซิทีฟซึ่งมีสัดส่วนผกผันกับความถี่ ยิ่งความถี่สูง ค่ารีแอกแตนซ์คาปาซิทีฟก็จะยิ่งน้อยลงและกระแสรั่วไหลของสายก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นหากความถี่สูง กระแสไฟรั่วของสายก็จะเพิ่มขึ้นด้วย

ปัญหาอีกประการหนึ่งคือความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าปัจจุบันนั้นเป็นเครื่องจักรแบบขั้นตอนเดียวนั่นคือขั้วแม่เหล็กคู่หนึ่งเพื่อที่จะผลิตไฟฟ้า 50Hz โรเตอร์จะหมุนที่ 3,000 รอบต่อนาทีเมื่อความเร็วเครื่องยนต์ถึง 3,000 รอบต่อนาที คุณจะรู้สึกได้ถึงเครื่องยนต์สั่นอย่างชัดเจน เมื่อเปลี่ยนเป็น 6,000 หรือ 7,000 รอบต่อนาที คุณจะรู้สึกว่าเครื่องยนต์กำลังจะหลุดออกจากฝากระโปรงหน้า

เนื่องจากทิวทัศน์เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว โรเตอร์ที่มีน้ำหนักหลายสิบตันจึงช้ามากในการลดหรือเพิ่มเอาท์พุตเนื่องจากความเฉื่อยขนาดใหญ่ (แนวคิดของอัตราทางลาด) ซึ่งไม่สามารถทันกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานลมและการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ดังนั้น บางครั้งก็ต้องทิ้งไป ลมและแสงที่ถูกทิ้งร้าง

จะเห็นได้จากสิ่งนี้

สาเหตุที่ความถี่ต้องไม่ต่ำเกินไป: หม้อแปลงไฟฟ้าสามารถมีประสิทธิภาพสูง และมอเตอร์อาจมีขนาดเล็กและมีกำลังสูง

เหตุผลที่ความถี่ไม่ควรสูงเกินไป: การสูญเสียสายและอุปกรณ์อาจมีน้อย และความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่จำเป็นต้องสูงเกินไป

ดังนั้นตามประสบการณ์และนิสัย พลังงานไฟฟ้าของเราจึงตั้งไว้ที่ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์