■什么是Hz：

“Hz”中文讀“赫茲”，是頻率的計量單位?！癏z”是“Hertz”的英文縮寫，我們平常的使用習(xí)慣都是用“Hz”來代替中文“赫茲”。赫茲是代表一秒鐘電流周期性變換方向的次數(shù)（特別注意不是一分鐘），目前中國及世界上部分國家的國標(biāo)供電系統(tǒng)的頻率是50Hz。50Hz表示1秒鐘電流有50個周期，方向改變100次。世界上很多國家，例如英美加拿大韓國菲律賓和我們的臺灣地區(qū)用的是60Hz的交流電，因為采用的是十二進(jìn)制，什么12星座、12小時、12先令等于1英鎊等等。后建立工業(yè)制度的國家都采用十進(jìn)制了，所以頻率是50Hz也包括中國。當(dāng)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以下，為低頻。50Hz/60 Hz稱為工頻（世界供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)頻率）50 Hz以下，是我們一般稱為“極低頻”的頻段。

（2）中頻：150Hz-5KHz即為中頻。

（3）高頻：6KHz以上，一直延伸到大約2MHz。

■交流電為什么頻率不能太低或太高，而要選用50Hz和60Hz?

總體來說50Hz和60Hz差別不大，以下就用50Hz為例。那么為什么要選用50Hz的交流電，而不是5Hz或400Hz呢？先說頻率低了會怎么樣吧。頻率最低就是0Hz，也就是直流電。史上最經(jīng)典的就是愛迪生和特斯拉（非今天汽車品牌）的直流電與交流電大戰(zhàn)，愛迪生為了證明特斯拉的交流電有危險，用交流電電死了若干動物，其中還包括一頭大象，愛迪生老先生也是蠻拼的~（客觀上說，同樣的電流大小下，人體耐受直流電的時間是要長于耐受交流電的時間，這跟心室震顫什么的有關(guān)系，也就是交流電更危險）不過最后愛迪生還是輸給了特斯拉，憑借交流電方便改變電壓等級的優(yōu)勢，交流電戰(zhàn)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，消耗在線路上的能量就能降低。而直流電當(dāng)時無法變壓，發(fā)電機(jī)出口端電壓只有幾百伏，為了減少損耗，只能減少送電功率和距離，所以愛迪生當(dāng)時建的電廠有點像現(xiàn)在的分布式電源，到處都是。

   直流送電另一個問題是難以開斷，直到現(xiàn)在這個問題還困擾著直流輸電。我們平時在拔一些電器的插銷時，還會打電火花。直流輸電的問題同電火花一樣，當(dāng)電流大到一定程度時，這個電火花是無法熄滅的，我們稱之為電弧。對于交流電而言，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，我們可以通過滅弧裝置切斷線路中的電流。但直流電流方向不會改變，沒有這個過零點，我們想要滅弧就非常困難了。

   直流電講明白了，就是低頻的交流電。頻率低了會怎么樣？比如5Hz的交流電有什么問題呢？

一、是變壓器效率的問題。變壓器是靠原邊的磁場變化，感應(yīng)到副邊升壓或降壓的。磁場變化的頻率越慢，感應(yīng)是越弱的，極端情況就是直流，根本沒有感應(yīng)，所以頻率太低了不行。當(dāng)然，太高了也會有漏磁太多的問題，后面會講到。（學(xué)過電機(jī)學(xué)的朋友可以回憶，變壓器等效電路中間有個勵磁支路，勵磁電抗Xm是與頻率成正比的，只有頻率足夠大，勵磁電抗才能足夠大，以至于忽略勵磁電流的分流作用，忽略勵磁損耗）

二、是用電設(shè)備功率問題。舉個身邊的例子吧，汽車發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速就是他的頻率，比如怠速時500轉(zhuǎn)/分鐘，加速換擋時是3000轉(zhuǎn)/分鐘，換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來了，轉(zhuǎn)速越高，發(fā)動機(jī)的勁兒（功率）越大。同樣道理，在相同頻率下，發(fā)動機(jī)越大，輸出功率越大，這也是為什么柴油機(jī)個頭都比汽油大的原因，個兒大勁兒大的柴油機(jī)才能帶動公交卡車等重型汽車。同理，電動機(jī)（或者說一切轉(zhuǎn)動機(jī)械）既要求個頭小，又要求輸出功率大，只有一個辦法;提高轉(zhuǎn)速，這也就是為什么交流電頻率不能太低的原因，因為我們需要個頭小但功率大的電動機(jī)。類似的如飛機(jī)的航空發(fā)動機(jī)，每分鐘轉(zhuǎn)速高達(dá)上萬轉(zhuǎn)，就是為了小身體有大能量;飛機(jī)的電源也是400Hz的（24000轉(zhuǎn)/分），因為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速太高，發(fā)電的頻率就高了。變頻空調(diào)也是同樣的道理，通過變換交流電的頻率，來控制空調(diào)壓縮機(jī)的輸出功率?？傊?，功率與頻率在一定條件范圍內(nèi)成正相關(guān)系.（這里順便說下現(xiàn)在汽車廠商的發(fā)動機(jī)功率參數(shù)。有些廠商為了表明今年的車型比去年的性能提高了，就把發(fā)動機(jī)的最大功率調(diào)高了，比如把240kW調(diào)高到260kW，乍一看以為發(fā)動機(jī)更先進(jìn)了。其實各位還要再看一下另外一個參數(shù);最大功率轉(zhuǎn)速，有時候這個參數(shù)也同步調(diào)高了。去年的車型是5000轉(zhuǎn)時達(dá)到最大功率，今年改成6000轉(zhuǎn)了，實際是用轉(zhuǎn)速的提高帶來了輸出功率的增加，而不是性能真正提高。發(fā)動機(jī)每分鐘6000轉(zhuǎn)什么概念呢;大概就是狠狠的踩一腳地板油吧?。。。?/p>

現(xiàn)在再說說頻率高了會怎么樣？比如把頻率定在400Hz會怎么樣？

一、是線路和設(shè)備的損耗會增加。輸電線路、變電設(shè)備、用電設(shè)備，都是有電抗的，電抗與頻率成正比，頻率越高，電抗越大，消耗的無功就越大，能傳遞的有功功率就越少;為什么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0.4歐姆，約是電阻的10倍，如果提高到400Hz，那電抗將是3.2歐姆，約是電阻的80倍。對于高壓輸電線路，降低電抗是提高輸電功率的關(guān)鍵。與電抗相對應(yīng)的還有容抗，容抗和頻率成反比，頻率越高，容抗越小，線路的泄漏電流越大。（因為電纜的電容效應(yīng)較大，所以這也是電纜線路送電距離不能過長的原因）所以如果頻率高了，線路的泄漏電流就會增加，輸電損耗也就會增加。

二、是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速過快。現(xiàn)在的發(fā)電機(jī)組基本都是單級機(jī)，也就是一對磁極。為了發(fā)出50Hz的電，轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)速要達(dá)到3000轉(zhuǎn)。咱們的汽車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000轉(zhuǎn)時，就能明顯感覺引擎在振動作響了，轉(zhuǎn)到六七千轉(zhuǎn)時，你會覺得發(fā)動機(jī)要跳出引擎蓋。小小的汽車發(fā)動機(jī)尚且如此，更何況是一個重達(dá)百噸的實心鐵疙瘩轉(zhuǎn)子與汽輪機(jī)，也因此發(fā)電廠的噪音都很大。一個重達(dá)百噸的鋼轉(zhuǎn)子每分鐘要轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)談何容易，如果頻率再高三四倍，估計發(fā)電機(jī)能飛出廠房了。

綜合以上情況，頻率不能太低的原因：這樣變壓器效率相對會高，電動機(jī)可以做到小個頭大功率；頻率不能太高的原因：線路和設(shè)備可以損耗相對變小，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不必過高。所以根據(jù)經(jīng)驗和習(xí)慣，國際上通用供電網(wǎng)系統(tǒng)的電能頻率被定在50或60Hz（稱之為工頻）。

■風(fēng)電和光伏發(fā)電為什么不能取代傳統(tǒng)供電？

因為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運行時具有相當(dāng)大的慣性，這也是電力系統(tǒng)被稱為慣性系統(tǒng)，能保持安全穩(wěn)定運行的前提。同樣也是為什么風(fēng)電和太陽能這種間歇性電源對傳統(tǒng)電源提出挑戰(zhàn)的原因。因為風(fēng)能和光能變化很快，但幾十噸重的轉(zhuǎn)子由于巨大的慣性，要減少出力或增加出力的速度相對都會很慢（也就是爬坡率的概念），跟不上風(fēng)電和光伏發(fā)電的變化速度，所以有時不得不棄風(fēng)電和光伏發(fā)電。有人會說那我們將電能存儲，用電池進(jìn)行轉(zhuǎn)換，不就行了，先不管存儲效率的問題（因為電池技術(shù)遲早會進(jìn)步）。風(fēng)電和光電被稱為清潔能源，而且取之不盡，但之所以沒有被國家舉全國之力來進(jìn)行普及和推廣，除了它們會受環(huán)境變化影響外，而最最重要的原因就是因為風(fēng)電，光電通過電池轉(zhuǎn)換后就沒有慣性了。光伏電池不是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，即非慣性系統(tǒng)，大量接入后，降低了電力系統(tǒng)的慣性，這也會對整個電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成一定影響。如果風(fēng)能不經(jīng)過電池轉(zhuǎn)換直接并入電網(wǎng)，會因為風(fēng)速的變化，發(fā)風(fēng)電能頻率與供電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)發(fā)電頻率不匹配，從而危害電網(wǎng)安全，損壞接入和接出設(shè)備。

■50Hz的設(shè)備可以用60hz來供電嗎 ？

這個主要看應(yīng)用場合了，如果非精密試驗設(shè)備或?qū)︻l率沒有特別精細(xì)要求的場合，都是沒問題的。再就看負(fù)載類型，是阻性負(fù)載還是感性性負(fù)載。如果是感性負(fù)載如：電機(jī)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)速提升20%（之前每分鐘3000轉(zhuǎn)，現(xiàn)在變成每分鐘3600轉(zhuǎn)，就國內(nèi)目前工業(yè)水平，電機(jī)機(jī)械強度是沒有問題的，但電機(jī)運行溫升相對50hz時會有所增加，損耗會變大。電氣類產(chǎn)品有一個共性，就是為了保證設(shè)備的安全，不得超過它的額定電流（因為電機(jī)漆包線的安全載流量是一定，是一個固定值，不會隨著頻率增加而提高），這樣為了保護(hù)證電機(jī)安全，相對電機(jī)的力矩也就會下降20%（也就是電機(jī)在60hz狀態(tài)下運行達(dá)到額定電流值時，只能相當(dāng)于在50hz時的80%出力）如果想把50hz電機(jī)應(yīng)用到60hz場合，不折損原設(shè)計功率運行，必須根據(jù)負(fù)載情況放大1.4倍，才可以滿足設(shè)計50hz時長期安全運行效率80%指標(biāo)。根據(jù)實際使用的經(jīng)驗值，有經(jīng)驗的電工通常在選配電氣設(shè)備時，如果阻性負(fù)載，會按額定負(fù)載容量放大1.2倍（個別電器屬于配套使用的除外的如伺服控制器、變頻器、電抗器等），簡單的說，保留余量，讓其長期運行額定容量的80%，這樣對設(shè)備使用壽命理更好。感性負(fù)載，如電機(jī)、風(fēng)機(jī)會按起動方式不同，起動電流也會不同，要按最大起動電流參數(shù)選配。伺服起動一般按照額定容量放大1.2倍，變頻器起動放大2-3倍，直接起動放大3-4倍。

看到以上情況有人可能會說，既改變頻率又能改變電壓，這樣不是更好。但是由于變頻變壓電源，技術(shù)要求高和使用場合較少，所以價格相對虛高，動輒幾萬十萬甚至上百萬，有時遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)備的價值，維修也有一定技術(shù)要求，所以在實際應(yīng)用中咨詢比較多，但最終除了實驗場合，基本配備很少。進(jìn)口歐美精密設(shè)備和出口的生產(chǎn)設(shè)備也只是配備變壓器，將電壓轉(zhuǎn)換成使用國供電系統(tǒng)匹配電壓就可以了，并沒有進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，經(jīng)過長期實踐應(yīng)用，配備變壓器是目前世界各國設(shè)備商通用做法。

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