我國交流電的頻率為什么是50Hz?

為什么我國的電源是采用50Hz的,而外國有的國家采用60Hz的電源?我國在制定此標(biāo)準(zhǔn)時是依據(jù)什么呢?50Hz和60Hz電源的優(yōu)點、缺點在哪里?兩者對負(fù)載的功率有沒有影響?另外，機場和飛機上又為什么采用400Hz的電源?

其實50H和60HZ的區(qū)別不是很大，沒有實質(zhì)性的問題。不過是發(fā)電機的轉(zhuǎn)速略有差別。選擇50HZ或60HZ，在一個國家里，總得一致。

應(yīng)當(dāng)引起人們關(guān)注的倒是，為什么要采用50HZ或60HZ，而不是更高或更低。

在電氣系統(tǒng)里，頻率是一個很重要的基本要素，并不是隨意確定的。

這一個問題看起來簡單，實際上是一個比較復(fù)雜的問題，涉及的方面比較多，從原理上追朔，應(yīng)當(dāng)從麥克斯韋發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典電磁理論、赫茲為麥克斯韋的理論添上了至關(guān)重要的一筆、法拉第的法拉第電磁感應(yīng)定律及其世界上第一臺電磁感應(yīng)發(fā)電機、英國工程師瓦特金首先制出了電動機，法國人皮克希制成了發(fā)電機、西門子發(fā)現(xiàn)了發(fā)電機的原理，發(fā)明了發(fā)電機，這是發(fā)電機領(lǐng)域的第一例實際應(yīng)用等說起。

此后人們發(fā)現(xiàn)總結(jié)出來的定理為，周期性地改變方向的電流叫做交流電，電流發(fā)生1個周期性變化的時間叫做周期，每秒電流發(fā)生變化的次數(shù)做頻率，單位是赫茲(為了紀(jì)念赫茲的貢獻(xiàn))。交流電的頻率為50(60)赫，電流方向每秒鐘發(fā)生50(60)個周期性的變化，每秒改變的次數(shù)為100(120)次。

電動機是根據(jù)通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的基本原理制成的。如果將電動機線圈兩端加兩個銅制滑環(huán)及分別與滑環(huán)接觸的兩個電刷就成為交流發(fā)電機(原理)。發(fā)電機是實現(xiàn)將機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，需要原動機拖動。

頻率大小的確定與發(fā)電機、電動機及變壓器等的構(gòu)造、材料等有關(guān)。

50赫的兩極發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速是3000轉(zhuǎn)/分，而如果頻率上升一倍達(dá)到100赫，那么同步轉(zhuǎn)速將會是6000轉(zhuǎn)/分。如此高的速度將會給發(fā)電機的制造帶來很多問題，特別是轉(zhuǎn)子表面的線速度太高，必將大大限制容量的增加。另外，從使用角度看，頻率過高，使得電抗增加，電磁損耗大，加劇了無功的數(shù)量。譬如以三相電機為例，其電流大大下降，輸出功率及轉(zhuǎn)矩也大大下降，實在沒有益處。另外，如果采用較低的頻率譬如30赫，變壓效率低，那么將不利于交流電的變壓和傳輸。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的頻率即電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機產(chǎn)生的正弦基波電壓的頻率。頻率是整個電力系統(tǒng)統(tǒng)一的運行參數(shù)，一個電力系統(tǒng)只有一個頻率。我國和世界上大多數(shù)歐洲國家電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz。美洲地區(qū)多數(shù)是60Hz。大多數(shù)國家規(guī)定頻率偏差±0.1～0.3Hz之間。在我國，300萬kW以上的電力系統(tǒng)頻率偏差規(guī)定不得超過±0.2Hz;而300萬kW以下的小電力系統(tǒng)的頻率偏差規(guī)定不得超過±0.5Hz。由于大機組的運行對電力系統(tǒng)頻率偏差要求比較嚴(yán)格，因此有些國家對電力系統(tǒng)故障運行方式的頻率偏差也作了規(guī)定，一般規(guī)定在±0.5～±1Hz之間。超過允許的頻率偏差，大機組將跳閘，這不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

在電力系統(tǒng)內(nèi)，發(fā)電機發(fā)出的功率與用電設(shè)備及送電設(shè)備消耗的功率不平衡，將引起電力系統(tǒng)頻率變化。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷超過或低于發(fā)電廠的出力時，系統(tǒng)頻率就要降低或升高，發(fā)電廠出力的變化同樣也將引起系統(tǒng)頻率變化。

另外，我國電網(wǎng)的頻率變化范圍是±1Hz。因為頻率調(diào)節(jié)慣量較大，范圍小容易引起電網(wǎng)振蕩，作過溫控或恒壓的人應(yīng)該理解。在大網(wǎng)并網(wǎng)前，蘭州地區(qū)的電網(wǎng)頻率在50.5Hz以上，上海地區(qū)在49.5Hz左右?，F(xiàn)在的大網(wǎng)并網(wǎng)有利于電網(wǎng)頻率及電壓穩(wěn)定。

載波頻率越高，正弦波型越好，電機繞組的諧波越少。但是輻射干擾能量提高，干擾周邊電氣設(shè)備。

電網(wǎng)頻率的差異取決于人們的計算習(xí)慣，美洲的大規(guī)模發(fā)電較早，當(dāng)時的計算工具主要是英制(12進(jìn)制)計算尺，為便于計算，用60Hz，稍晚一點的規(guī)模電網(wǎng)都用10進(jìn)制數(shù)據(jù)，50Hz更方便些。

關(guān)于電壓等級，分為發(fā)電機和電動機兩個系列，我們常說的電壓是電動機電壓，是基本系列，220V為基礎(chǔ)，每乘1.414并圓整后為一個等級，變頻器電壓除外;發(fā)電機電壓為同等級的電動機電壓加5%并圓整。所以只有230V或400V的發(fā)電機而沒有220V或380V的發(fā)電機。

機場的特殊情況是：機載發(fā)電機要求體積小重量輕，只有提高頻率才能滿足功率要求，所以相應(yīng)的機載電氣設(shè)備用400Hz,與飛機相關(guān)的電源要400赫茲咯!軍用的更高的也有。

航空器上的電源采用400Hz就是為了減小體積和重量，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。軍電和航電的400Hz主要取決于以下幾點：1、頻率高的發(fā)電機或電動機由于轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小而體積、重量較小;2、飛機上發(fā)電機的動力取自航空發(fā)動機，轉(zhuǎn)速較高;3、直流用電設(shè)備較多，頻率高有利于減小整流紋波。

在相同電壓的情況下，50hz與60hz及400hz電源在傳輸功率上、整流效率有什么不同?

不用100Hz或120Hz是因為頻率太高，一方面?zhèn)鬏斃щy，做變頻器的對線路感抗及容抗的理解應(yīng)該是深刻的;另一方面，發(fā)電機和電動機的轉(zhuǎn)速太高或極數(shù)太多都不可取。400Hz的電不能遠(yuǎn)距離傳輸，用戶在訂購400Hz發(fā)電機時要給定傳輸距離及方式，整流效率也差，但整流后紋波較小，紋波頻率較高，好處理.

如果50赫茲投入需要60赫茲的生產(chǎn)線,交流電機速度降低，(電機速度與頻率成正比)電機發(fā)熱，長時間工作必?zé)裏o疑. 控制系統(tǒng)一般通過整流和開關(guān)電源，應(yīng)該沒事。還要看一下對頻率敏感的器件.(大前題，電壓等級一致)

如果要研究將50Hz電源直接供電給需要60Hz電源的生產(chǎn)線上使用,主要考慮電磁器件的電磁特性，如電動機、變壓器，其次是與電源頻率有關(guān)的采樣信號。對于前者，研究的方法可以找到這兩個器件的電磁表達(dá)式，分別將50Hz和60Hz帶進(jìn)去，就可以發(fā)現(xiàn)一些問題。徐武安《電感器件設(shè)計與計算〉，四川科技出版社，1985.08，其中的103頁-106頁主要講高頻變壓器的設(shè)計計算，其中有些理論可以引申到電動機上去。后者不用說就知道了。