江蘇(sū)賽歐(ōu)電氣製造有限公司
昆山賽歐(ōu)電氣製造有限公司
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■什麽是Hz:
“Hz”中文讀“赫茲”,是(shì)頻率的計量單位。“Hz”是“Hertz”的英文縮寫,抖阴成人版平常的使用習慣都是(shì)用“Hz”來代替中文“赫茲”。赫(hè)茲是代表(biǎo)一秒鍾電流周期性變換方向的次數(特別注意不是一分鍾),目前中國及世(shì)界上部分國家的國標供電係統的頻率是50Hz。50Hz表示1秒鍾電流有50個周期,方向改變100次。世界上很(hěn)多國家,例如(rú)英美加拿大韓國菲律賓(bīn)和抖阴成人版的台灣地區用(yòng)的(de)是60Hz的交流電,因為(wéi)采用的是十(shí)二進製,什麽12星座(zuò)、12小時、12先(xiān)令等於1英鎊等等。後建(jiàn)立工業製度的國家都采用十進製了,所以頻率是50Hz也包括(kuò)中國。當然也有某奇葩的國家,東邊用50Hz,西邊用60Hz。。。
■電壓頻率的劃分:
(1)低頻:150HZ以(yǐ)下(xià),為低頻。50Hz/60 Hz稱為工頻(世界供(gòng)電係統標準頻率(lǜ))50 Hz以下,是抖阴成人版一般稱為“極低頻”的頻段。
(2)中(zhōng)頻:150Hz-5KHz即為中頻。
(3)高頻:6KHz以上,一直延伸到大約2MHz。
■交流電為什(shí)麽頻率不能太低或(huò)太高,而要選用(yòng)50Hz和60Hz?
總體來說50Hz和(hé)60Hz差別不大,以下就用50Hz為例。那麽為什麽要選用50Hz的交流電,而不是5Hz或(huò)400Hz呢?先說(shuō)頻率低了會怎麽樣(yàng)吧。頻(pín)率最低就是0Hz,也就是直流(liú)電。史上最(zuì)經典的就是(shì)愛迪生和特斯拉(非今天汽車品牌)的直(zhí)流電與交流電大戰,愛迪生(shēng)為了證明特(tè)斯拉的交流(liú)電有危險,用交流電電死(sǐ)了若幹(gàn)動物,其中還包括(kuò)一頭大象,愛迪(dí)生老先生也是(shì)蠻拚的~(客觀上說(shuō),同樣的電流大小下,人體耐受直(zhí)流電(diàn)的時間(jiān)是要長於耐受交流電的時(shí)間,這跟心室震顫什(shí)麽的有(yǒu)關係,也(yě)就是交(jiāo)流電更危險)不(bú)過最後(hòu)愛迪(dí)生還是輸給了特斯拉,憑借交流電(diàn)方便改變電壓(yā)等級的優(yōu)勢,交流電戰勝了直流電。在輸送功率相同的情況下,提高電壓,送電電流就能減小,消耗在線路上的(de)能量就(jiù)能降低。而直流電當時無法變壓,發電機出口端電(diàn)壓(yā)隻有(yǒu)幾百伏,為了減(jiǎn)少損耗,隻能減少送電功率和距離,所以愛迪生當時建(jiàn)的電(diàn)廠有點像現在的分布式電源,到處都是。
直流送電另(lìng)一個問題是難以開斷,直到現在這個(gè)問(wèn)題還困擾(rǎo)著(zhe)直流輸電(diàn)。抖阴成人版(men)平時在拔一些電器的插銷時,還會打電火花。直流輸電(diàn)的問題同電火花一樣,當(dāng)電流大到一定程度時,這個電火花是無(wú)法熄滅的,抖阴成人版稱(chēng)之(zhī)為電弧。對於交流電而言,電流會改變方向,因而有電流過零的時刻,利用這個小電流時間點,抖阴成人版可以(yǐ)通過滅弧裝置切斷(duàn)線路中的電流。但直流電流方(fāng)向不會改變,沒有這(zhè)個(gè)過零點,抖阴成人版想要滅弧就非常困難了。
直流電講明白(bái)了,就是低(dī)頻(pín)的交流電。頻率低了會(huì)怎麽樣?比如5Hz的交流電有什麽(me)問題呢(ne)?
一、是(shì)變壓器效率的問題。變壓器是靠原邊的(de)磁場變化,感應到副邊升(shēng)壓或降壓的。磁場變化的(de)頻率越慢,感應是越弱的,極(jí)端情況就是直流,根本沒(méi)有感應,所以頻率太低了不(bú)行。當然,太高了也會有漏磁太多的問題,後麵會講到。(學過電(diàn)機學的朋友可以(yǐ)回憶,變壓器(qì)等效電路中間有個勵磁(cí)支路,勵磁電抗Xm是與頻率成正比的,隻有頻率足夠大,勵磁電抗才能足夠大,以至於忽略(luè)勵磁電流的分流作用,忽(hū)略勵磁損耗)
二(èr)、是用電設備功率問題。舉個身邊的例子(zǐ)吧,汽車發(fā)動機的轉速就是(shì)他的頻率,比如怠速時500轉/分鍾,加速換擋時是3000轉/分鍾,換算成頻率分別是8.3Hz和(hé)50Hz。這(zhè)就看(kàn)出來(lái)了,轉(zhuǎn)速越高(gāo),發動機的勁(jìn)兒(ér)(功率)越大。同樣道理,在相同頻率下(xià),發動機越大,輸出功率越大,這(zhè)也是為什麽柴油(yóu)機個頭都比汽油(yóu)大的原因,個兒大勁兒大的柴油機才能帶動公交(jiāo)卡車等(děng)重型汽車。同理,電動機(或者說(shuō)一切轉動機械)既要求個頭小,又要求輸出(chū)功率大,隻有一(yī)個辦法;提高轉速,這也就是為什麽交流(liú)電頻率不能太低的原因,因為抖阴成人版需(xū)要個頭小但功率大的電動機。類似的如飛機的航空發動機,每分鍾(zhōng)轉速高達上萬轉,就是為了小身體有大(dà)能量;飛機的電源也是(shì)400Hz的(24000轉/分),因(yīn)為發動機轉(zhuǎn)速太高,發電的頻率就高了。變頻空調也是同樣的道理,通過變換交流電的頻率,來控製空(kōng)調壓縮(suō)機(jī)的輸出功率。總之,功率與頻率在一定條件範圍內成正相關係.(這裏順便說下現在汽車廠商的發動機功率(lǜ)參數。有(yǒu)些廠商為(wéi)了表明今年的車型比去年(nián)的性(xìng)能提高(gāo)了,就把發動機的(de)最大(dà)功(gōng)率調(diào)高了,比如(rú)把240kW調高(gāo)到260kW,乍一看以為發動機更先進了(le)。其實各位還要再看一下另外(wài)一個參數;最大功率轉速,有時候這個參數也同步調(diào)高了。去年的車型是5000轉時達到最大功率,今年改(gǎi)成6000轉(zhuǎn)了,實(shí)際是用(yòng)轉速的提高帶來(lái)了輸出功率的增加,而不是性能真正提高。發動機每分(fèn)鍾6000轉什(shí)麽概念呢;大概就是狠狠的踩一腳地板油吧!!!)
現在再說說頻率(lǜ)高了會怎(zěn)麽樣?比如把頻率定(dìng)在400Hz會怎麽樣?
一、是線路和設備的損耗會增加。輸(shū)電線路、變電(diàn)設備、用電設備,都是有電抗的,電抗與頻(pín)率(lǜ)成正比,頻率越高,電抗越大,消(xiāo)耗的無功就越大,能(néng)傳遞的有功(gōng)功率就越少;為什麽功率還分有功功率和無功功率;因為目前50Hz輸電線路的電抗約(yuē)0.4歐姆,約是電阻的10倍,如(rú)果提高到400Hz,那電抗將是3.2歐姆,約是電阻的80倍。對於高壓(yā)輸(shū)電線路,降低電抗是(shì)提高輸(shū)電功(gōng)率的關(guān)鍵。與(yǔ)電抗(kàng)相對應的還(hái)有容(róng)抗,容抗和(hé)頻率成反(fǎn)比,頻率越(yuè)高(gāo),容抗越小,線路的泄漏電流越大。(因為電纜的電容效應較大,所以這也是電纜線路送電(diàn)距離不能過長的原因)所以如果頻(pín)率高了,線路的泄漏電流就會增(zēng)加,輸(shū)電損耗(hào)也就會增加。
二、是發電機轉速過快(kuài)。現在的發電機組基本都是單級機,也(yě)就是一對磁極。為了發出50Hz的電,轉(zhuǎn)子每分鍾轉速(sù)要達(dá)到3000轉。咱們的汽車發動機轉速達到3000轉時,就能明顯感覺引擎在振動作響了,轉到六七千轉(zhuǎn)時,你會(huì)覺得發動機要跳出引擎蓋。小小的汽車發動機尚且(qiě)如此,更何況(kuàng)是一個重達(dá)百噸的實心鐵疙瘩轉子與汽輪機,也因此(cǐ)發電(diàn)廠的噪音都很大。一個重達百噸(dūn)的鋼轉子每分鍾(zhōng)要轉3000轉談何容易(yì),如果頻率再高三四倍,估計發電(diàn)機能飛出廠房了。
綜合以上情況(kuàng),頻率不(bú)能太低的原因:這樣變壓器效率相對會高,電動(dòng)機可以做到小(xiǎo)個頭大功率;頻率不能太高的原因:線路和設備可以損耗相對變小,發電機轉速不必過高。所以根據經驗和習慣,國際上通用供電網係統的電能頻率被定在50或60Hz(稱之為工頻)。
■風電和光伏發電(diàn)為什麽不能取(qǔ)代傳統供電?
因為發電機的轉子(zǐ)運行時具(jù)有相當大的慣性,這也是(shì)電力係統被稱為慣性係(xì)統,能保(bǎo)持(chí)安全(quán)穩定運行的前提。同樣也(yě)是為什麽風電和太陽能這種間歇性電源對傳統電源(yuán)提出挑(tiāo)戰的(de)原因。因為風能和光能變化很(hěn)快,但幾十噸重的(de)轉子由於巨大的慣性,要(yào)減少出力或(huò)增加出力(lì)的速度相對都會很慢(也就是爬坡率的概念),跟不上風電和光伏發電的(de)變化(huà)速度,所以(yǐ)有(yǒu)時不得不棄(qì)風電和光伏發電。有人會說那我(wǒ)們將電能存儲,用電池進行轉換,不就行了,先不(bú)管(guǎn)存儲效率的(de)問題(因為電(diàn)池技術(shù)遲早會進步)。風電和光電被(bèi)稱為(wéi)清潔能源,而且取之不盡,但之所以沒有被國家舉全(quán)國之力來進行普及和推廣,除了它們會受環境變化影響外,而最最重要的原因就是因為風電,光(guāng)電通過電池轉換後就沒有慣(guàn)性了。光伏電池不是旋轉設備,即非慣(guàn)性係(xì)統,大(dà)量接入後,降(jiàng)低了電力係統的(de)慣(guàn)性,這(zhè)也(yě)會對整個電網安全穩定(dìng)運行造成一(yī)定影響。如(rú)果(guǒ)風能不經過電池轉(zhuǎn)換直接並(bìng)入電網,會因為風速的變化,發風電(diàn)能頻率與供電網中(zhōng)發電機(jī)發電頻率不匹配,從而危害電網安全,損壞(huài)接(jiē)入和接出設(shè)備。
■50Hz的設(shè)備可(kě)以用60hz來供(gòng)電嗎 ?
這個主要看(kàn)應用場(chǎng)合了,如(rú)果非精密試驗設備(bèi)或對頻率沒有特別精細要求的場(chǎng)合,都(dōu)是沒問題的。再就看負載類型,是阻性負載(zǎi)還是感性性負(fù)載。如果是感性負(fù)載如:電機,相當於轉速提升20%(之前每分鍾3000轉,現在變成每分鍾3600轉,就國內(nèi)目前工業水平,電機機械(xiè)強(qiáng)度是沒有問題的,但電機運行溫升相對(duì)50hz時會(huì)有所增加,損(sǔn)耗會變(biàn)大。電氣類產品有(yǒu)一個共性,就是為了保證設備的安全,不得超(chāo)過它的額定(dìng)電流(因(yīn)為電(diàn)機漆包線的安(ān)全載流量是一定,是(shì)一個固定(dìng)值,不會隨著頻率增加而提高),這樣為了保護證電機安全,相對電機的力矩也就會下(xià)降20%(也就是電(diàn)機在60hz狀態(tài)下(xià)運行達到額(é)定(dìng)電流值時,隻能相當於(yú)在(zài)50hz時的80%出力)如果想把50hz電機應用到60hz場合,不折損原設計功(gōng)率(lǜ)運行,必須根據負載情(qíng)況放大1.4倍,才可以滿足設計50hz時長期安全運行效率80%指標。根據實際使用的經驗(yàn)值,有經(jīng)驗的電工通常在選配電氣設備時,如果阻性負載,會按額定負載容量放大1.2倍(bèi)(個別電器屬(shǔ)於配套使用的除(chú)外的如伺服控製器、變頻器、電抗器等),簡單的說,保留(liú)餘量,讓其長期運行(háng)額定容量的80%,這樣對設備(bèi)使用壽命理更好。感性負載,如電機、風(fēng)機會按起動方式不同(tóng),起動電流也會不同,要按(àn)最大起動電流參數選配。伺服起動一(yī)般按照額定容量(liàng)放大1.2倍,變頻器起動放大2-3倍,直接起(qǐ)動放大3-4倍。
看(kàn)到以上情況有人可能會說,既改變頻率又能改(gǎi)變電壓,這樣不是更好(hǎo)。但(dàn)是由於變頻變壓電源,技術要求高和使(shǐ)用場合較少,所以價格相對虛高,動輒(zhé)幾萬十萬甚至上百萬,有時遠遠超過設備的價值,維修也有一定技術要求,所以在實際應用中谘詢比較多,但(dàn)最(zuì)終除了實驗場合,基本(běn)配備很少。進口歐美精密設備和出口的(de)生產設備也隻是配備變壓器,將電壓轉換成使用(yòng)國供電係統匹配電(diàn)壓就可以了(le),並沒有(yǒu)進行頻率轉換,經過長期實踐應用,配備變壓器是目前世(shì)界各(gè)國設備商通(tōng)用做法。
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