เหตุใด บริษัท สาธารณูปโภคจึงจัดหาความถี่ที่ทั้ง 50/60 Hz

เพิ่งทำให้ฉันเห็นว่า บริษัท ยูทิลิตี้ทั่วโลกจัดหาผู้ใช้ภายในประเทศที่ 50/60 เฮิร์ต มันอาจถูกเลือกให้เป็น 10 เฮิร์ตซ์หรือ 100 เฮิร์ตซ์ ... ไม่ว่าอะไรก็ตาม

การสุ่ม 50/60 ถูกเลือกหรือไม่ มีเหตุผลที่เกี่ยวข้อง (ประสิทธิภาพและง่ายต่อการสร้าง / ควบคุม ฯลฯ ) ในการ จำกัด อุปทานภายในประเทศให้ทั้ง 50/60 Hz หรือไม่?

กล่าวอีกนัยหนึ่งถ้าฉันออกแบบระบบไฟฟ้าทำไมฉันถึงเลือก 50/60 เฮิร์ตซ์แทนที่จะเป็นความถี่อื่น

60 เฮิร์ตซ์เป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนด้านวิศวกรรมฉันคิดว่าทำโดยหรือได้รับอิทธิพลจาก Nicolai Tesla เขาเป็นหนึ่งในผู้เสนอแรก ๆ ของการกระจาย AC ตามที่เอดิสันต้องการกระจาย DC การแลกเปลี่ยนต้องเกี่ยวข้องกับขนาดของเครื่องจักรและหม้อแปลงที่ต้องการซึ่งเล็กลงด้วยความถี่ที่สูงขึ้นและการสูญเสียบางอย่างซึ่งขึ้นกับความถี่ ฉันจำได้ว่าการอ่านว่าการศึกษาอย่างรอบคอบได้ตัดสินใจเลือก 60 เฮิร์ตซ์

ในทางตรงกันข้าม 50 Hz เป็นเพราะการตลาด มีผู้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้ากริดของเยอรมันที่ต้องการแยกความแตกต่างและจัดการเพื่อให้ได้ 50 เฮิร์ตซ์ผลักให้เป็นมาตรฐานในประเทศเยอรมนีและจากยุโรป นี่หมายความว่าพวกเขาไม่ต้องแข่งขันกับอุปกรณ์ American 60 Hz ส่วนที่เหลือของโลกจบลงด้วย 60 หรือ 50 เฮิร์ตขึ้นอยู่กับว่าพวกเขาซื้ออุปกรณ์มาจากไหนและผูกติดอยู่กับยุโรปหรือสหรัฐอเมริกาหรือไม่ ตั้งแต่รัสเซียใช้มาตรฐานยุโรป 50 เฮิร์ตบล็อกโซเวียตทั้งหมดกลายเป็น 50 เฮิร์ตซ์

ดูเหมือนว่าสิ่งที่คุณกำลังมองหา:

http://en.wikipedia.org/wiki/Utility_frequency

ในยุคแรก ๆ ของการใช้พลังงานไฟฟ้ามีการใช้ความถี่จำนวนมากจนไม่มีใครรู้มูลค่า (ลอนดอนในปี 1918 มีความถี่แตกต่างกัน 10 ความถี่) เมื่อศตวรรษที่ 20 ยังคงดำเนินต่อไปกำลังผลิตเพิ่มขึ้นที่ 60 Hz (อเมริกาเหนือ) หรือ 50 Hz (ยุโรปและเอเชียส่วนใหญ่) มาตรฐานอนุญาตการค้าระหว่างประเทศในอุปกรณ์ไฟฟ้า ต่อมามีการใช้ความถี่มาตรฐานที่อนุญาตให้เชื่อมต่อโครงข่ายพลังงาน มันไม่ได้จนกระทั่งหลังสงครามโลกครั้งที่สองกับการมาถึงของเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ราคาไม่แพงที่มาตรฐานที่สม่ำเสมอมากขึ้นถูกตราขึ้น

ในสหราชอาณาจักรความถี่มาตรฐาน 50 เฮิร์ตซ์ถูกประกาศให้เร็วที่สุดเท่าที่ 2447 แต่การพัฒนาที่สำคัญยังคงดำเนินต่อไปในความถี่อื่น ๆ [10] การดำเนินการของกริดแห่งชาติเริ่มต้นในปี 1926 บังคับมาตรฐานของความถี่ในหมู่ผู้ให้บริการไฟฟ้าที่เชื่อมต่อระหว่างกันหลายคน มาตรฐาน 50 Hz ได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างสมบูรณ์หลังจากสงครามโลกครั้งที่สองเท่านั้น

ประมาณปี 1900 ผู้ผลิตในยุโรปได้มาตรฐานส่วนใหญ่ใน 50 Hz สำหรับการติดตั้งใหม่ VDE ของเยอรมันในมาตรฐานแรกสำหรับเครื่องจักรไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้าในปี 1902 แนะนำให้ใช้ 25 Hz และ 50 Hz เป็นความถี่มาตรฐาน VDE ไม่ได้เห็นแอปพลิเคชั่นมากถึง 25 Hz และทิ้งมันจากรุ่นมาตรฐานปี 1914 สิ่งที่เหลืออยู่ในสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งที่ความถี่อื่นยืนยันจนกระทั่งหลังจากสงครามโลกครั้งที่สอง [9]

นอกจากคอลัมน์ Edward L Owen 1997ที่ Rasmus Faber อ้างอิงแล้วยังมีบทความดีๆอีกบทความที่นี่: "ต้นกำเนิดทางเทคนิคของ 60 Hz เป็นความถี่ AC มาตรฐานในอเมริกาเหนือ" IEEE Power Engineering Review มีนาคม 1999 Paul Nixon, p. 35-37 บทความเต็มอยู่หลัง paywall แต่พวกเขาโพสต์หน้าแรกเป็นภาพ png ซึ่งฉันจะลิงค์ไปที่ด้านล่าง

ส่วนที่น่าสนใจโดยเฉพาะที่นี่คือ:

ในช่วงปลายปี 1889 และต้นปี 1890 เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับคู่โดยตรงได้เข้าสู่ขั้นทดลอง เครื่องจักรเหล่านี้จะพิสูจน์ได้ว่ามีความน่าเชื่อถือมากกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยสายพาน แต่จะทำงานด้วยความเร็วที่ต่ำกว่ามาก ความต้องการความถี่ในการใช้งาน ac ที่ต่ำกว่า [133.3Hz] ชัดเจนขึ้นอีกครั้งถูกขับเคลื่อนด้วยข้อ จำกัด ทางโครงสร้างและเชิงกล ตัวอย่างเช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับโดยตรงที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ 100 รอบต่อนาทีจะต้องใช้ 160 เสาเพื่อให้ได้ความถี่ 133 133 Hz การก่อสร้างประเภทนี้ถูกมองว่าเป็นสิ่งต้องห้าม ในช่วงเวลานี้ บริษัท เวสติ้งเฮาส์ได้ทำการศึกษาทางวิศวกรรมซึ่งพิจารณาทั้งลักษณะการทำงานทางไฟฟ้าโดยคำนึงถึงองค์ประกอบของระบบของเวลาและข้อ จำกัด ในการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์และแนะนำว่า 7 200 ทางเลือกต่อนาที (60Hz @ 2 ขั้ว) มีความถี่สูงเท่าที่ต้องการสำหรับความเร็วรอบเครื่องยนต์ซึ่งสามารถทำได้ 60Hz จริงๆแล้วมันเป็นการประนีประนอมที่คัดสรรมาอย่างดี มันคิดว่าความถี่ที่สูงขึ้นจะดีกว่าสำหรับหม้อแปลงที่มีอยู่แล้วในขณะที่ความถี่ที่ต่ำกว่าอาจจะดีกว่าสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดเครื่องยนต์ 60 Hz ปรากฏตัวครั้งแรกในเชิงพาณิชย์ในปี 1890 ระบบ 60 Hz ที่เร็วที่สุดเช่นระบบ ac ก่อนหน้านี้ (140, 133 1/3, 125 Hz) ล้วนเป็นเฟสเดียว

ในปี 1892 มีสถานี West Central จำนวน 60 Hz ที่ออกแบบเป็นจำนวนมากและ 60Hz ได้รับส่วนแบ่งของธุรกิจเครื่องปรับอากาศจากความถี่ที่สูงขึ้น

_{(ที่มา: ieee.org )}

โดยทั่วไปแล้วเรามีการแลกเปลี่ยน (หม้อแปลงดีกว่าที่ความถี่สูงกับเครื่องไฟฟ้าดีกว่าที่ความถี่ต่ำซึ่งส่วนใหญ่ยังคงเป็นจริงในปัจจุบัน) นำไปสู่การประนีประนอมโดยพลการ

บทความของโอเว่นยังกล่าวอีกว่าแคลิฟอร์เนียตอนใต้อยู่ที่ 50Hz ขึ้นไปจนกระทั่งการแปลงเป็น 60Hz เสร็จสมบูรณ์ในปี 1948 ญี่ปุ่นยังคงมีครึ่ง 50Hz และ 60Hz: โอเว่นกล่าวว่า "ในปี 1895 AEG ขายเครื่องกำเนิด 50 เฮิร์ตซ์ให้กับ บริษัท พลังงานในโตเกียวและภาคตะวันออก ครึ่งหนึ่งของประเทศญี่ปุ่นวางอยู่บนเส้นทาง 50 Hz อีกเล็กน้อยในอีกหนึ่งปีต่อมา GE ขายเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 60Hz ให้กับ บริษัท พลังงานในโอซาก้าและทางตะวันตกของญี่ปุ่นวางบนเส้นทาง 60-Hz " ในที่สุดดูเหมือนว่ามันจะเป็นความเฉื่อย / เอฟเฟกต์เครือข่ายเป็นส่วนใหญ่ - มันเจ็บปวดเกินกว่าจะเปลี่ยนโครงการโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่

จากต้นกำเนิดของ 60-Hz เป็นความถี่พลังงาน (นิตยสารอุตสาหกรรมแอปพลิเคชัน IEEE, ธ.ค. 1997, คอลัมน์ "ประวัติศาสตร์" โดย Edward L. Owen ):

"ทางเลือกอยู่ระหว่าง 50- และ 60-Hz และทั้งคู่มีความเหมาะสมเท่าเทียมกันกับความต้องการเมื่อพิจารณาปัจจัยทั้งหมดไม่มีเหตุผลที่น่าสนใจในการเลือกความถี่ใด ๆ ในที่สุดการตัดสินใจทำมาตรฐาน 60-Hz เป็น มันรู้สึกว่ามีโอกาสน้อยที่จะทำให้แสงกะพริบที่น่ารำคาญ”

ฉันเชื่อว่าหลังจากเทสลาชนะการต่อสู้ AC / DC กับเอดิสันเขาได้รับอิทธิพลมากขึ้นและลดความถี่ 60Hz ในสหรัฐฯ นอกจากนี้เขายังได้ประดิษฐ์หลอดฟลูออเรสเซนต์ในเวลานั้นและเวลาการสลายตัวของฟอสเฟอร์ก็สั้นลงและมีการสั่นไหวมากขึ้นที่ 50Hz ซึ่งปล่อยแสงที่อัตรานี้ 2x

VDE ของเยอรมันครองมาตรฐานในต้นปี 1900 และยุโรปที่ได้มาตรฐาน 50 Hz หลังจาก WW II ตามที่ Matt กล่าวเมื่อวานนี้

มีระบบอื่นสำหรับการขนส่งกริดพลังงาน มันเรียกว่า HVDC น่าเสียดายที่ความต้องการในการคำนวณย้อนหลังเป็นสิ่งที่พวกเขาเป็นอยู่ความถี่มาตรฐานนั้นแข็งพอ ๆ กับรูบิเดียมสำหรับใช้ในอนาคต ดังนั้นพวกเขาจึงใช้อินเวอร์เตอร์หลอดสุญญากาศขนาดใหญ่เพื่อเปลี่ยนกลับเป็น AC หลังจากการกระจายระยะไกล

อีกตัวอย่างหนึ่งคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าความถี่ตัวแปรบนรถไฟดีเซลเพื่อเก็บไว้ในแบตเตอรี่เพื่อให้มอเตอร์ฉุด DC สามารถวิ่งจากแบตเตอรี่ นี่เป็นวิธีการประหยัดที่มีประสิทธิภาพที่สุดเพราะไม่มีความสัมพันธ์กับ 50 หรือ 60Hz

ชาวรัสเซียและคนอื่น ๆ ได้ทดลองกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า MagnetoHydroDynamic (MHD)โดยไม่มีชิ้นส่วนและสนามเคลื่อนไหว> 1 ตัน

ในบางกรณีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้ทำงานในช่วง 4-6 kHz

ถ้าพวกเขารู้วิธีแจกจ่าย HVDC ในยุคของเอดิสันเทสลาจะต้องสูญเสียการต่อสู้ซึ่งเขาจะได้รับจากการปรับปรุงประสิทธิภาพของการแยกหม้อแปลงและการลดต้นทุนการกระจายความน่าเชื่อถือของมอเตอร์เหนี่ยวนำเหนือแปรงชนิด DC และเหตุผลอื่น ๆ

อัตราการรีเฟรชดวงตาของมนุษย์ต่อหนึ่งขวาประมาณ 60 เฮิร์ต นี่เป็นปัจจัยกำหนดในการเลือกความถี่ของการผลิตไฟฟ้า มันถูกออกแบบมาให้มีความถี่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อความเป็นไปได้และจบลงด้วยความเร็วประมาณ 60 เฮิร์ต (50 ในส่วนต่างๆของโลก)

ลองจินตนาการถึง 100 ปีที่แล้วเครื่องกำเนิดพลังงานกังหันที่ใหญ่ที่สุดที่คุณจะได้รับคือ 250 RPM พร้อม 8 หรือ 16 ขั้ว 3 เฟสและถ้าคุณวิ่งเร็วเกินไปมันจะสะท้อนและช้าเกินไปไม่มีประสิทธิภาพ จากนั้นคุณตัดสินใจที่จะส่งโดยใช้ AC แทน DC และลงท้ายด้วย 25 Hz แล้ว 50 Hz ในประเทศใดประเทศหนึ่งขณะที่คิดว่าถ้าเราใช้ 60Hz นาฬิกาทุกเรือนของเราจะแม่นยำมากขึ้น

ต่อมาไอบีเอ็มได้ประดิษฐ์นาฬิกาแม่เหล็กซิงก์ใหม่โดยอัตโนมัติซึ่งจะเข้าสู่ทุกห้องเรียนเพื่อซิงโครไนซ์ทุกชั่วโมงเพราะพวกเขาใช้พลังงาน 60Hz แทนที่จะเป็น 50 เฮิร์ตซ์เมื่อนานมาแล้วและคิดค้นนาฬิกา จาก 60 HZ แต่ยุโรปบอกว่าใครสนใจกังหันจะดีกว่าที่ 250 RPM และเราไม่สามารถเปลี่ยนทุกคนในยุโรปได้ถ้าเราต้องการแบ่งปันพลัง นอกจากนี้หากมีมากกว่า 1 คนที่จะเห็นด้วยคุณไม่เคยทำคำตอบทั่วโลกที่สมบูรณ์แบบเดียวกัน

ฉันไม่ทราบคำตอบที่แน่นอน แต่ฉันสามารถจินตนาการได้โดยพิจารณาจากประวัติศาสตร์และความน่าจะเป็นของปัญหาต้นทุนไฟฟ้าของเครื่องจักรขนาดใหญ่

และถ้าคุณต้องการแบ่งปันพลังงานไปมาในกริด AC .. มันจะต้องมีการซิงโครนัสกับพลังงาน 1 ใน 10 ^ 15 และศูนย์เฟสผิดพลาดซึ่งยากกว่าที่จะฟัง ... ดังนั้นจึงมีความแตกต่างของภูมิภาคตามหลาย ๆ เหตุผล ... บางวิธีในการแบ่งปันพลังงานกริดคือแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูงหรือใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือใช้อินเวอร์เตอร์แบบซิงโครนัสจาก HVDC พร้อมการแก้ไขเฟส ...

ดังนั้น EU เท่ากับ 50 อเมริกาเหนือเท่ากับ 60 และญี่ปุ่นเป็นทั้งสองและแอฟริกามีปัญหาการซิงค์และความล้มเหลวด้านพลังงานจำนวนมาก ซึ่งจะบอกคุณไม่ว่าคุณจะตัดสินใจอะไรอย่าเปลี่ยนแปลงกับสิ่งที่คุณต้องการเพื่อขายพลังให้

(พี่ชายของฉันทำงานในแอฟริกามากและบอกฉันว่าไฟฟ้าขัดข้องทุกครั้งที่บ้านของเขารวมถึงมอเตอร์ตู้เย็นและอุปกรณ์แล็ปท็อปในชนบทยูกันดา ..