Hvers vegna notum við 50 Hz eða 60 Hz frekvens fyrir raforkukerfi?
Raforkukerfi er net af rafmagnstæki sem framleiða senda og dreifa rafmagn til notenda. Raforkukerfið fer á ákveðinn frekvens, sem er fjöldi hringja á sekúndu í flókkari straum (AC) rafspenna og straum. Þeir algengustu frekvensar sem notaðir eru fyrir raforkukerfi eru 50 Hz og 60 Hz, eftir því í hvaða svæði heimsins. En af hverju notum við þessa frekvensar og ekki aðra? Hvað eru kostir og gallar mismunandi frekvensa? Og hvernig urðu þessar frekvensar staðlaðar? Þetta grein mun svara þessum spurningum og skýra sögu og teknilegir aspektir raforkukerfisfrekvens.
Hvað er frekvens raforkukerfis?
Frekvens raforkukerfis er skilgreind sem hraði brottslagshorns AC rafspennu eða straums. Hann er mældur í herztum (Hz), sem jafngildir einum hringi á sekúndu. Frekvens raforkukerfisins fer eftir hraða snúninga myndaðra sem framleiða AC rafspennu. Jo snara myndaðarnir snúa, jo hærri frekvens. Frekvensin hefur einnig áhrif á virkni og hönnun mismunanda rafmagnstækja sem nota eða framleiða rafmagn.
Hvernig komu 50 Hz og 60 Hz frekvensarnar upp?
Val 50 Hz eða 60 Hz frekvens fyrir raforkukerfi er ekki byggð á neinu sterka teknilega ástæðu heldur á sögu- og fjármálarrök. Í seinum 19. öld og fyrri 20. öld, þegar verslunarleg rafmagnskerfi voru að verða stofnuð, var engin staðlað frekvens eða spenna. Mismunandi svæði og lönd notuðu mismunandi frekvens frá 16,75 Hz upp í 133,33 Hz, eftir því hvaða lokalegir valmyndir og þarfir voru. Sumar af þeim möguleikum sem áttu á frekvensvali voru:
Bloss: Lægri frekvens gerðu markandi blik í glóeljum og bogaljum, sem voru almennt notaðir fyrir ljós í þeiri tíma. Hærri frekvens lágðu blik og bætuðu ljósnámi.
Snúend tæki: Hærri frekvens leyfðu minni og lægra rafmotor og myndaðra, sem lágðu efni- og flytjarkostnað. En hærri frekvens ökuðu einnig tap og hitun í snúendum tækjum, sem lágðu gagnrænni og trausti.
Senda og umfangsskiptar: Hærri frekvens auksuðu mótlit sendalína og umfangsskipta, sem lágðu orkaflutningsfæðingu og auksuðu spennuminuku. Lægri frekvens leyfðu lengri sendastöðvar og lægra tap.
Samþætting kerfa: Samþætta raforkukerfi með mismunandi frekvens krefst flóknar og dýrar umbreytileika eða samþættingartækja. Að hafa sameiginlega frekvens gertu samþættingu og samstarf kerfa auðveldara.
Þegar raforkukerfi breyttust og samþættust, var það nauðsynlegt að staðla frekvens til að lágðu flóknina og auksuðu samhæfingu. En það var einnig rivallara milli mismunanda framleiðenda og svæða sem vildu halda á eigin staðlar og einangrunar. Þetta ledi til skiptingar á tveimur stórum hópum: einum sem tók 50 Hz sem staðlað frekvens, aðallega í Evrópu og Ásía, og annan sem tók 60 Hz sem staðlað frekvens, aðallega í Norður-Ameríku og hluta af Latíníu-Ameríku. Japan var undantekning sem notaði báðar frekvensar: 50 Hz í austur-Japan (með Tokyo) og 60 Hz í vestur-Japan (með Osaka).
Hvað eru kostir og gallar mismunandi frekvensa?
Það er engin klár kostir eða gallar við að nota 50 Hz eða 60 Hz frekvens fyrir raforkukerfi, vegna þess að báðar frekvensar hafa sín kosti og galla eftir mismunandi möguleikum. Sumir af kostum og gallum eru:
Orka: 60 Hz kerfi hefur 20% meira orku en 50 Hz kerfi fyrir sama spenna og straum. Þetta þýðir að rafmotor og rafbúnaður sem keyrir á 60 Hz geta keyrt hröðara eða framleitt meira úttekt en þeir sem keyra á 50 Hz. En það þýðir einnig að rafmotor og rafbúnaður sem keyra á 60 Hz gætu þurft meira kjölun eða trygging en þeir sem keyra á 50 Hz.
Stærð: Hærri frekvens leyfir minni og lægra rafmagnstækja, vegna þess að hann lágir stærð magnétkerfa í umfangsskiptum og rafmotorum. Þetta getur sparað pláss, efni og flytjarkostnað. En það þýðir einnig að hærri frekvens tæki gætu haft lægri skyddsvirkni eða hærri tap en lægri frekvens tæki.
Tap: Hærri frekvens auksa tap í rafmagnstækjum vegna húðefnis, sveipaströmu, hysteresis, dielectric heating o.fl. Þessi tap lágðu gagnrænni og auksuðu hitun í rafmagnstækjum. En þessi tap geta verið lágðir með réttum hönnunarmöguleikum eins og lámavörpun, skermun, kjölun o.fl.
Harmonics: Hærri frekvens framleiða fleiri harmonics en lægri frekvens. Harmonics eru margföldun grunnfrekvensar sem geta valdið skekkju, störf, resonans o.fl. í rafmagnstækjum. Harmonics geta lagt niður gagnrænni og trausti í raforkukerfi. En harmonics geta verið lágðir með nota filter, compensators, converters o.fl.
Hvernig er frekvens raforkukerfis stjórnuð?
Frekvens raforkukerfis er stjórnuð með því að jafna framleiðslu (framleiðsla) og biðl (þrá) rafmagns í rauntíma. Ef framleiðsla er meiri en biðl, frekvens auksast; ef biðl er meiri en framleiðsla, frekvens lækkar. Frekvensbreytingar geta átt árekstur á stöðugleika og öryggis raforkukerfa, sem og á virkni og starfsemi rafmagnstækja.
Til að halda frekvens innan viðtekinnar takmarkar (venjulega ±0,5% um nafnverði), nota raforkukerfi mismunandi aðferðir eins og:
Tímabilaður villuleit (TEC): Þetta er aðferð til að stilla hraða myndaðra reglubundið til að leysa allan safnaða tímalag fyrir frekvensbreytingar yfir langan tíma. Til dæmis, ef frekvens er lægri en nafnverði í langan tíma (t.d. vegna háa biðls), myndaðarnir munu hraða sig smá til að kompensera fyrir tapaðan tíma.
Biðl-frekvens stjórnun (LFC): Þetta er aðferð til að stilla úttak myndaðra sjálfvirkt til að passa allar breytingar í biðl í ákveðnu svæði eða zónu (t.d. ríki eða land). Til dæmis, ef biðl auksast hratt (t.d. vegna slá á lykt), myndaðarnir munu auka úttak síður til að halda frekvens.
Hraði frekvensbreytingar (ROCOF): Þetta er aðferð til að greina allar hratt eða stórar breytingar í frekvens vegna óregluleikar eins og villa eða raforkukerfis. Til dæmis, ef stór myndaði sléppur of ákvörðuð (t.d. vegna villa), ROCOF mun tilkynna hversu hratt frekvens er að breytast vegna þessa atburðar.
Hljóð: Þetta er hörður tilkynning um allar frekvensbreytingar vegna mekanískar vibrasyr í rafmagnstækjum eins og umfangsskiptum eða rafmotorum. Til dæmis, ef frekvens auksast smá (t.d. vegna lágs biðls), sum rafmagnstækji munu framleiða hærri hljóð en venjulegt.
Úrfærsla
Frekvens raforkukerfis er mikilvægur stuðull sem hefur áhrif á framleiðslu, sendingu, dreifingu og notkun rafmagns. Val 50 Hz eða 60 Hz frekvens fyrir raforkukerfi er byggð á sögu- og fjármálarrökum fremur en teknilegum. Bæði frekvensar hafa sín kosti og galla eftir mismunandi möguleikum eins og orka, stærð, tap, harmonics o.fl. Frekvens raforkukerfis er stjórnuð með mismunandi aðferðum eins og TEC, LFC, ROCOF og hljóð til að tryggja stöðugleika og öryggis raforkukerfa og virkni og starfsemi rafmagnstækja.
Yfirlýsing: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
