Perché le società di servizi forniscono una frequenza di 50/60 Hz?

Mi ha solo colpito il fatto che le società di servizi di tutto il mondo forniscono utenti domestici a 50 / 60Hz. Avrebbe potuto essere selezionato per essere 10 Hz o 100 Hz ... qualunque cosa

Il 50/60 è stato scelto a caso? C'è qualche logica implicata (efficienza, più facile da costruire / controllare ecc.) Nel limitare l'offerta domestica a 50/60 Hz?

In altre parole, se stavo progettando un sistema di alimentazione, perché dovrei scegliere 50/60 Hz anziché un'altra frequenza?

60 Hz è stato il risultato di compromessi di ingegneria, penso fatto da o influenzato da Nicolai Tesla. Fu uno dei primi sostenitori della distribuzione di AC, come appellato a Edison che voleva distribuire DC. Il compromesso ha avuto a che fare con le dimensioni delle macchine e dei trasformatori necessari, che si riducono con una frequenza più elevata e alcune perdite, che aumentano con la frequenza. Ricordo di aver letto che alcuni studi accurati hanno preso la decisione di scegliere 60 Hz.

50 Hz, d'altra parte, era dovuto al marketing. C'era un produttore tedesco di apparecchiature per reti elettriche che voleva distinguersi e riuscì a ottenere 50 Hz come standard in Germania e poi in gran parte dell'Europa. Ciò significava che non dovevano competere con le apparecchiature americane a 60 Hz. Il resto del mondo finì con 60 o 50 Hz a seconda di chi acquistarono le loro apparecchiature e se fossero più economicamente legati all'Europa o agli Stati Uniti. Da quando la Russia ha adottato lo standard europeo a 50 Hz, il blocco sovietico è diventato tutto 50 paesi a 50 Hz.

Questo sembra quello che stai cercando:

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

All'inizio dell'elettrificazione, furono utilizzate così tante frequenze che non prevaleva alcun valore (Londra nel 1918 aveva 10 frequenze diverse). Mentre il XX secolo continuava, veniva prodotta più potenza a 60 Hz (Nord America) o 50 Hz (Europa e gran parte dell'Asia). La standardizzazione ha permesso il commercio internazionale di apparecchiature elettriche. Molto più tardi, l'uso delle frequenze standard ha consentito l'interconnessione delle reti elettriche. Fu solo dopo la seconda guerra mondiale con l'avvento di beni di consumo elettrici a prezzi accessibili che furono emanati standard più uniformi.

In Gran Bretagna, una frequenza standard di 50 Hz fu dichiarata già nel 1904, ma lo sviluppo significativo continuò ad altre frequenze. [10] L'implementazione della National Grid a partire dal 1926 ha costretto la standardizzazione delle frequenze tra i numerosi fornitori di servizi elettrici interconnessi. Lo standard 50 Hz è stato completamente stabilito solo dopo la seconda guerra mondiale.

Verso il 1900, i produttori europei si erano in gran parte standardizzati a 50 Hz per le nuove installazioni. Il VDE tedesco nel primo standard per macchine elettriche e trasformatori nel 1902 raccomandava 25 Hz e 50 Hz come frequenze standard. VDE non vide molta applicazione di 25 Hz e la lasciò cadere dall'edizione del 1914 dello standard. Le installazioni rimanenti ad altre frequenze persistettero fino a dopo la seconda guerra mondiale. [9]

Oltre alla colonna di Edward L Owen del 1997 citata da Rasmus Faber, c'è un altro buon articolo qui: "Origini tecniche di 60 Hz come frequenza CA standard in Nord America" ​​IEEE Power Engineering Review, marzo 1999, Paul Nixon, p. 35-37. L'articolo completo è dietro un paywall, ma pubblicano la prima pagina come immagine png, che collegherò di seguito.

La sezione particolarmente interessante qui è:

Verso la fine del 1889 e l'inizio del 1890, gli alternatori ad accoppiamento diretto stavano entrando nella fase sperimentale. Queste macchine si dimostrerebbero molto più affidabili dei generatori a cinghia, ma funzionerebbero a velocità molto più basse. Era evidente la necessità di frequenze operative in ca inferiori a 133,3Hz, sempre spinte da vincoli costruttivi e meccanici. Ad esempio, un alternatore azionato direttamente da un motore a 100 giri / min richiederebbe 160 poli per produrre una frequenza di 133 1/3 Hz. Questo tipo di costruzione era considerato proibitivo. In questo periodo la Westinghouse Co. ha condotto uno studio di ingegneria che ha preso in considerazione sia le caratteristiche operative elettriche in relazione ai componenti del sistema dell'epoca sia i possibili vincoli di costruzione del generatore azionati dal motore e ha raccomandato che 7, 200 alternanze al minuto (60Hz a 2 poli) avevano una frequenza tanto elevata quanto sarebbe desiderabile per i regimi del motore che erano quindi raggiungibili. 60Hz era in realtà un compromesso accuratamente selezionato. Si pensava che frequenze più alte sarebbero state migliori per i trasformatori allora esistenti, mentre frequenze più basse potrebbero essere migliori per i generatori di tipo motore. 60 Hz apparve per la prima volta commercialmente nel 1890. I primi sistemi a 60 Hz, come i precedenti sistemi a corrente alternata (140, 133 1/3, 125 Hz), erano tutti monofase.

Nel 1892, esisteva un gran numero di stazioni centrali a 60 Hz progettate da Westinghouse e 60Hz avevano rilevato una quota dell'attività in ca dalle frequenze più alte.

_{(fonte: ieee.org )}

Quindi abbiamo fondamentalmente dei compromessi (trasformatori migliori alle alte frequenze rispetto alle macchine elettriche meglio alle basse frequenze, cosa che oggi è ancora in gran parte vera) che portano a un compromesso un po 'arbitrario, quindi gli effetti di rete rafforzano le scelte.

L'articolo di Owen menziona anche che la California meridionale era a 50Hz fino a quando la conversione a 60Hz non fu completata nel 1948. Il Giappone ha ancora la metà a 50Hz e 60Hz: Owen afferma "Nel 1895, AEG vendette un generatore da 50 Hz alla compagnia elettrica di Tokyo e dell'est metà del Giappone è stata immessa sul percorso a 50 Hz. Poco più di un anno dopo, GE ha venduto un generatore a 60 Hz alla compagnia elettrica di Osaka e la metà occidentale del Giappone è stata immessa sul percorso a 60 Hz. " Alla fine sembra che si tratti principalmente di inerzia / effetti di rete - è troppo doloroso cambiare grandi progetti infrastrutturali.

Da The Origins of 60-Hz as a Frequency Frequency (IEEE Industry Applications Magazine, dicembre 1997, colonna "Storia" di Edward L. Owen ):

"la scelta era tra 50 e 60 Hz, ed entrambi erano ugualmente adatti alle esigenze. Quando tutti i fattori sono stati considerati, non c'erano motivi validi per selezionare una delle due frequenze. Infine, è stata presa la decisione di standardizzare su 60 Hz come è stato ritenuto meno probabile produrre fastidioso sfarfallio leggero. "

Credo che dopo che Tesla vinse il combattimento AC / DC con Edison, ottenne molta influenza e dettò più o meno la frequenza di 60Hz negli Stati Uniti. Aveva anche inventato il tubo fluorescente in quel momento e il tempo di decadimento del fosforo era probabilmente più breve di allora e aveva più sfarfallio a 50Hz che emette luce a raddoppiare questa frequenza.

Il VDE tedesco ha dominato gli standard nei primi anni del 1900 e l'Europa standardizzata a 50 Hz dopo la seconda guerra mondiale, come ha detto Matt ieri.

Esiste un altro sistema per il trasporto della rete elettrica. Si chiama HVDC. Sfortunatamente, poiché i requisiti di calcolabilità all'indietro sono quelli che sono, la frequenza standard è solida come il rubidio per un uso futuro. Quindi usano enormi inverter a tubi sottovuoto per tornare alla corrente alternata dopo la distribuzione a lungo raggio.

Un altro esempio, sono i generatori di frequenza variabile sui treni Diesel solo per essere immagazzinati nelle batterie in modo che i motori di trazione CC possano funzionare dalle batterie. Questo è il modo economico più efficiente, perché non si collega a 50 o 60Hz.

I russi e altri hanno sperimentato generatori MagnetoHydroDynamic (MHD) senza parti e campi mobili> 1 T.

In alcuni casi questi generatori funzionano nell'intervallo di 4-6 kHz.

Se avessero saputo distribuire HVDC ai tempi di Edison, Tesla avrebbe perso la battaglia che ha vinto sulla base della maggiore efficienza del passaggio del trasformatore e della riduzione dei costi di distribuzione, dell'affidabilità dei motori a induzione rispetto al tipo di spazzola DC e di altri motivi.

La "frequenza di aggiornamento" dell'occhio umano, di per sé, è di circa 60Hz. Questo è stato un fattore determinante nella selezione della frequenza della generazione di energia; È progettato per essere il più basso possibile di frequenza per fattibilità, e quindi è finito intorno ai 60 Hz (50 in varie parti del mondo)

immagina 100 anni fa il più grande generatore di turbina ad alta potenza che puoi ottenere è 250 RPM con 8 o 16 poli trifase e se lo esegui troppo velocemente risuona e troppo lento, inefficiente. poi decidi di trasmettere usando AC invece di DC e finisci con 25 Hz e 50 Hz in un paese mentre pensi, se usiamo 60Hz allora tutti i nostri orologi saranno più precisi.

Successivamente IBM inventa un orologio magnetico di risincronizzazione automatica che va in ogni classe per sincronizzarsi ogni ora perché hanno usato la potenza a 60Hz anziché 50 Hz molto tempo fa e inventano gli orologi. basato su 60 HZ ma l'Europa dice chi se ne frega, le turbine sono migliori a 250 RPM e non possiamo permetterci di cambiare tutti in Europa se vogliamo condividere la potenza. Inoltre, se più di una persona deve essere d'accordo, non fai mai la stessa risposta globale perfetta.

Non conosco la risposta esatta, ma posso immaginarne una basata sulla storia e sulla probabilità di problemi di costi elettromeccanici di macchine di grandi dimensioni

e se si desidera condividere la potenza avanti e indietro in una rete CA ... deve essere sincrono a 1 su 10 ^ 15 potenza e errore di fase zero, che è più difficile di quanto sembri ... quindi ci sono differenze regionali basate su molti motivi ... Alcuni modi per condividere la potenza di rete sono DC ad alta tensione o utilizzare un generatore di motore o utilizzare invertitori sincroni da HVDC con correzione di fase ...

quindi l'UE ha 50 anni, l'America del Nord 60 e il Giappone è entrambi e l'Africa ha problemi di sincronizzazione e molte interruzioni di corrente. Ciò che ti dice, qualunque cosa tu decida, non cambiarlo con quelli di cui hai bisogno per vendere energia.

(Mio fratello ha lavorato molto in Africa e mi ha detto che un'interruzione di corrente ha bruciato tutti i dispositivi della sua casa, compresi i motori del frigorifero e le forniture di laptop. Nelle zone rurali dell'Uganda ..