Domanda:
Perché l'alimentazione di rete pubblica utilizza 50-60 Hz e 100-240 V?
SuperCiocia
2015-10-07 22:08:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

C'è una ragione fisica dietro la frequenza e la tensione nella rete elettrica? Non voglio sapere perché è stato scelto esattamente un certo valore; Sono piuttosto interessato a sapere perché è stato selezionato tale intervallo / ordine di grandezza. Vale a dire, perché 50 Hz e non 50000 Hz o 0,005 Hz?

Per esempio, 50 Hz è la frequenza effettiva alla quale ruota una turbina e non è pratico costruirne una che ruota molto più velocemente o più lentamente?

[Perdita di informazioni qui] (http://www.djtelectricaltraining.co.uk/downloads/50Hz-Frequency.pdf).
Penso di avere una soluzione: ho modificato la domanda di conseguenza (e ho colto l'opportunità per renderla rilevante a livello internazionale già che ci ero).SuperCiocia, se non ti piace dove sta andando, sentiti libero di cambiarlo di nuovo, ma penso che questo aiuterà a scongiurare le obiezioni (con cui sarei d'accordo) sul fatto che questa non sia una questione di fisica.
@DavidZ Vorrei ripristinare (ma non posso) ecco perché: dicendo 220 (o 230, o 240, o qualunque cosa sia) le risposte devono (si spera) contrastare con "perché le forniture statunitensi non hanno un perno di terra" ec'è una buona opportunità per una risposta molto istruttiva in contrasto con alcuni degli "ottimali soggettivi" per cui le diverse nazioni hanno scelto.
@AlecTeal Penso che sia una questione per una domanda a parte (e non necessariamente quella che sarebbe in argomento qui).
@DavidZ dubbioso.Stai cercando di classificare le cose come "fisica" e "non fisica", ma questo non può essere fatto.Questo è tanto soggettivo quanto l'optima che ho citato.(Esempio inconfutabile: le biblioteche classificano due volte Ottica di Eugine Hecht come Fisica e Ingegneria, spesso avendo copie disponibili in entrambe) ma localmente il classmark è utile.
@AlecTeal in questo caso, sto solo dicendo che penso che la modifica che proponi supererebbe l'ambito previsto di questa domanda e non sarebbe appropriata.
@DavidZ mi ricorda di non fare mai una domanda chiusa qui.
@AlecTeal bene, bene, questo è il punto di chiusura.
@DavidZ cosa?Le domande chiuse e le domande finali non sono correlate.Una domanda chiusa ha una risposta "sì o no".
Ci sono (o erano) altre frequenze (inferiori) in uso per le applicazioni ferroviarie [wikipedia] (https://en.wikipedia.org/wiki/Railway_electrification_system#Alternating_current).Ciò indica alcune delle limitazioni implicate nel prendere queste decisioni, ma si noti che queste applicazioni utilizzano 1/3 o 1/2 della frequenza di rete, quindi sempre lo stesso ordine di grandezza.Al contrario, il sistema a 400 Hz viene utilizzato nelle applicazioni aeronautiche e militari.
@AlecTeal Non ho familiarità con il significato di "domanda chiusa", ma comunque, è anche vero che quel tipo di domanda non è molto buono per questo sito.(Forse dovremmo continuare in [chat] se hai altro da discutere su questo punto.)
A proposito, non intendevo causare così tanta angoscia.Scusate.
@ChrisWhite: beh, 0,005Hz farebbe schifo peggio di DC perché ci sarebbero periodi di oltre 10 secondi in cui non si ottiene approssimativamente energia.Questo potrebbe essere adatto solo a dispositivi con molta inerzia (o grandi condensatori) che impiegano un po 'di tempo per riscaldarsi e quindi possono continuare a funzionare.
Il motivo principale è evitare lo sfarfallio visibile della luce.Un altro motivo sono i nuclei del trasformatore ... Bassa frequenza, richiederebbe più ferro e quindi trasformatori più grandi.Con frequenze più alte, tutto ciò che è elettrico farebbe un ronzio (più) udibile (50Hz è al limite dell'orecchio umano).I trasformatori avrebbero anche problemi con l'aggancio (richiederebbero una costruzione e / o materiale speciale - ad es. Ferriti).TBC
Si potrebbe aggiungere che in alcuni casi speciali sono state utilizzate altre frequenze.Ad esempio, c'erano villaggi / città in Norvegia cresciuti intorno agli impianti per la produzione di alluminio da bauxitt, con la loro centrale elettrica che riforniva anche la città.L'alluminio è ottenuto dall'elettrolisi, e qui una frequenza più bassa era la migliore.Quindi hanno usato 25Hz.Ovviamente il trasformatore doveva essere molto più grande e si potevano vedere le luci tremolanti nelle case.
@BaardKopperud 50Hz non è neanche lontanamente vicino al limite inferiore dell'orecchio umano.Può scendere di almeno altre due ottave.Al di sotto del limite, le vibrazioni vengono percepite individualmente piuttosto che come un continuum, ma vengono comunque ascoltate.Ho sentito una nota a 8 Hz su un organo a canne.
@EJP Lo so e lo so.Tuttavia, un ronzio a 50 Hz è meno evidente di uno a 100 Hz o 200 Hz.
@EJP: "Ho sentito una nota a 8Hz su un organo a canne" - Ne dubito;frequenze così basse sono praticamente solo _felt_ nel corpo!Quello che senti però, da una nota di organo $ 8 \: \ mathrm {Hz} $, sono gli armonici;dopotutto un organo non produce un segnale sinusoidale.E anche se la tensione di rete è molto più vicina all'essere sinusoidale, di solito non è così tanto $ 50 \: \ mathrm {Hz} $ in sé che è un problema nelle applicazioni audio (puoi affrontarlo in modo abbastanza efficiente con i filtri notch), come gli armonici (che necessitano di un filtro a pettine più invadente).
@leftaroundabout Stai attento a quello che mi dici.Non solo l'ho sentito, l'ho suonato, il Do inferiore su un registro di organo a 64 piedi.Non sono comuni ma esistono.Da qualche parte tra una nota e una scoreggia.
Ho sentito da un ingegnere che esiste un certo design naturale per convertire l'alimentazione trifase (utilizzata nelle linee di trasmissione) all'alimentazione monofase (utilizzata negli elettrodomestici) riducendo la tensione di un fattore $ \ sqrt {3} $.Questo dovrebbe spiegare perché le coppie di tensione 380/220, 400/230 e 415/240 sono in uso: i loro rapporti sono tutti (approssimativamente) $ \ sqrt {3} $.Ciò potrebbe essere completamente infondato, però;sarebbe bello se qualcuno più informato di me potesse confermarlo e / o ampliarlo.
I tre fattori principali per la frequenza sono lo sfarfallio, la tecnologia del trasformatore e la tecnologia del generatore.Al momento in cui è stata stabilita la gamma di 50-60 Hz, ottenere un generatore di grandi dimensioni che produca molto oltre, diciamo, 100 Hz sarebbe stata senza dubbio una sfida.E con entrambi i trasformatori e i generatori ci sono problemi con le perdite di isteresi nei nuclei all'aumentare della frequenza, con 100Hz probabilmente vicini al limite pratico per quel tempo.Inoltre uno deve essere al di sopra di circa 50 Hz per evitare lo sfarfallio in una semplice lampada a incandescenza.
Quanto al voltaggio, si vuole essere il più alto possibile senza essere troppo alto.Oltre i 500 volt circa, il campo elettrostatico è abbastanza forte da provocare il rischio di archi elettrici e questo può essere abbastanza imprevedibile.(Tieni presente che stiamo parlando di tensione RMS qui, e la tensione di picco è 1,4 volte l'RMS.) Ma si vuole che la tensione sia il più alta possibile, per ridurre la corrente e il riscaldamento del conduttore associato e le perdite di calore.Quindi stabilirsi su una tensione massima da qualche parte nella gamma di 300 volt è ragionevole.
Sei risposte:
#1
+140
Schwern
2015-10-07 23:24:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Perché la frequenza di rete è 50 Hz e non 500 o 5?

Efficienza del motore, stress rotazionale, sfarfallio, effetto pelle e limiti dell'ingegneria dei materiali del XIX secolo.

50 Hz corrisponde a 3000 RPM. Questa gamma è una velocità conveniente ed efficiente per i motori a turbina a vapore che alimentano la maggior parte dei generatori e quindi evita molti ingranaggi extra.

Anche 3000 RPM sono veloci, ma non lo fanno " t sottoporre a troppe sollecitazioni meccaniche la turbina rotante né il generatore AC. 500Hz equivale a 30.000 RPM ea quella velocità il tuo generatore probabilmente si romperà da solo. Ecco cosa succede quando giri un CD a quella velocità e, per divertimento, a 62.000 FPS e 170.000 FPS.

Perché non più lento? Sfarfallio. Anche a 40Hz una lampadina a incandescenza si raffredda leggermente a ogni mezzo ciclo riducendo la luminosità e producendo un evidente sfarfallio. Anche le dimensioni del trasformatore e del motore sono direttamente proporzionali alla frequenza, una frequenza più alta significa trasformatori e motori più piccoli.

Infine c'è l ' effetto pelle. A frequenze più alte l'alimentazione CA tende a viaggiare sulla superficie di un conduttore. Ciò riduce la sezione trasversale effettiva del conduttore e aumenta la sua resistenza provocando più riscaldamento e perdita di potenza. Esistono modi per mitigare questo effetto e vengono utilizzati nei cavi ad alta tensione, ma sono più costosi e quindi vengono evitati nel cablaggio domestico.

Possiamo farlo in modo diverso oggi? Probabilmente. Ma questi standard furono stabiliti alla fine del XIX secolo ed erano convenienti ed economici per la conoscenza elettrica e dei materiali dell'epoca.

Alcuni sistemi funzionano a una frequenza di ordine di grandezza superiore a 50Hz. Molti sistemi chiusi come navi, server farm di computer e aeromobili utilizzano 400 Hz. Hanno il loro generatore, quindi la perdita di trasmissione dovuta alla frequenza più alta è di minore conseguenza. A frequenze più alte i trasformatori e i motori possono essere resi più piccoli e leggeri, di grande conseguenza in uno spazio chiuso.

Perché la tensione di rete è 110-240 V e non 10 V o 2000 V?

Una tensione più alta significa una corrente più bassa a parità di potenza. Una corrente inferiore significa una minore perdita dovuta alla resistenza. Quindi vuoi ottenere la tua tensione più alta possibile per una distribuzione efficiente dell'energia e meno riscaldamento con cavi più sottili (ed economici). Per questo motivo, la potenza viene spesso distribuita su lunghe distanze da dozzine a centinaia di kilovolt.

Perché non è inferiore? L'alimentazione CA è direttamente correlata alla sua tensione. L'alimentazione CA a 10 volt avrebbe problemi a far funzionare i tuoi elettrodomestici ad alta energia come luci, riscaldamento o motore del compressore del frigorifero. All'epoca in cui veniva sviluppato, la scelta del voltaggio era un compromesso tra il voltaggio per far funzionare luci, motori ed elettrodomestici.

Perché non è più alto? Isolamento e sicurezza. I cavi CA ad alta tensione richiedono un isolamento aggiuntivo per renderli sicuri da toccare e per evitare interferenze con altri cavi o ricevitori radio. Il costo del cablaggio domestico era una delle principali preoccupazioni nell'adozione anticipata dell'elettricità. Tensioni più elevate renderebbero il cablaggio domestico più ingombrante, costoso e più pericoloso.

Ottima risposta concisa.Il punto su 500Hz che distrugge un generatore rotante è davvero bello.
L'effetto pelle è davvero importante a 60 Hz?Potete fornire un riferimento sull'uso delle tecniche di mitigazione dell'effetto pelle nei fili ad alta tensione?
@DanielSank È tutto in [articolo collegato] (https://en.wikipedia.org/wiki/Skin_effect#Mitigation).
Bene, grazie per averlo fatto notare.Un'altra cosa: questa è ovviamente un'ottima risposta, ma sarebbe anche meglio con alcuni riferimenti per sostenere le affermazioni, ad es.circa i motori del 19 ° secolo che sono efficienti a ~ 50 Hz.
@DanielSank Ho modificato per dire che si tratta specificamente di turbine a vapore, ma non ho una citazione sull'efficienza RPM, solo [una menzione su Wikipedia] (https://en.wikipedia.org/wiki/Steam_turbine#Marine_propulsion).So che le turbine marine necessitano di riduzioni significative.
Non puoi semplicemente aumentare il numero di poli del tuo motore per "ridimensionarlo"?Non riesco a immaginare grandi motori industriali (soprattutto generatori a turbina) che girano a 3000/3600 RPM.Se aumenti il numero di poli (collegati in parallelo perché non vuoi più fasi) di * n *, la velocità dovrebbe diminuire di un fattore * n *.
@NickT Puoi farlo ovviamente, ad esempio nei generatori idroelettrici che girano fino a 300 giri / min (con 10 coppie di poli) per creare 50Hz.Questi generatori hanno diametri maggiori per accogliere tutti i poli.D'altra parte i generatori 3000/3600 giri / min sono chiamati turbogeneratori, girano davvero a questa velocità.Sono lunghi e hanno un diametro inferiore.Le sollecitazioni limitano il diametro massimo di questi generatori, è un problema di materiali.Ha a che fare con il mezzo che aziona la turbina, il vapore è energia concentrata, l'idro riceve la sua energia da un grande volume.
@NickT La maggior parte dei moderni generatori CA hanno più poli, ma li usano per produrre [alimentazione trifase] (https://en.wikipedia.org/wiki/Three-phase_electric_power#Generation_and_distribution) che può essere distribuito in modo più efficiente.Quando dici "perché non possono semplicemente", ricorda [questi standard furono sviluppati negli anni 1890] (https://en.wikipedia.org/wiki/Utility_frequency#Standardization) quando non c'era "solo" per niente dafare con l'elettricità.
"The Slow Mo Guys" ha realizzato un bel video sulla rottura del CD ad alta velocità.Il miglior filmato è disponibile [qui] (https://youtu.be/zs7x1Hu29Wc?t=6m9s)
#2
+27
DanielSank
2015-10-07 23:32:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Alla fine la scelta di un singolo numero specifico nasce dalla necessità di standardizzare, tuttavia, possiamo fare alcune osservazioni fisiche per capire perché quella scelta finale doveva rientrare in un certo intervallo.

Frequenza

Perché uno standard?

Prima di tutto, perché abbiamo bisogno di uno standard? I singoli apparecchi non possono convertire l'elettricità in ingresso alla frequenza che vogliono? Beh, in linea di principio è possibile, ma è piuttosto difficile. L'elettromagnetismo è fondamentalmente invariante nel tempo e lineare; le equazioni differenziali che usiamo per descriverla le equazioni di Maxwells sono tali che un sistema guidato da un ingresso sinusoidale a frequenza $ \ omega $ risponde solo alla stessa frequenza. Per ottenere una frequenza diversa da $ \ omega $ i campi elettromagnetici devono interagire con qualcos'altro, in particolare la materia carica. Questa può entrare la forma di un riduttore meccanico o di elementi elettrici non lineari come i transistor. Elementi non lineari come il transistor possono generare armoniche dell'ingresso, cioè frequenze $ 2 \ omega $ , $ 3 \ omega $ , ecc. Tuttavia, in ogni caso, la conversione di frequenza introduce perdite di efficienza, costo e ingombro nel sistema.

In sintesi , a causa dell'invarianza temporale e della linearità dell'elettromagnetismo, è molto più pratico scegliere una singola frequenza e attenersi ad essa

Sfarfallio della luce

In una nota storica di EL Owen (vedi riferimenti), si nota che la decisione finale tra 50 e 60 Hz era in qualche modo arbitraria, ma basata in parte sulla considerazione dello sfarfallio della luce.

Durante la conferenza, mentre Bibber raccontava i contributi di Steinmecz agli standard tecnici, ha ripetuto brevemente la storia delle frequenze. Secondo il suo racconto, “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 nessuna delle due frequenze. Alla fine, è stata presa la decisione di standardizzare su 60 Hz in quanto si riteneva che fosse meno probabile che producesse fastidiosi sfarfallii di luce. "

La considerazione dello sfarfallio di luce viene fuori altrove nei resoconti storici e spiega perché non è stato possibile utilizzare frequenze molto basse. Quando guidiamo una resistenza pura con una corrente alternata $ I (t) = I_0 \ cos (\ omega t) $ , la dissipazione istantanea di potenza è proporzionale a $ I (t) ^ 2 $ . Questo segnale oscilla nel tempo ad una frequenza $ 2 \ omega $ (ricorda le tue identità trigonometriche). Pertanto, se $ \ omega $ è inferiore a circa $ 40 \ , \ text {Hz} $$ ^ {[a]} $ , la potenza dissipata varia abbastanza lentamente da poter essere percepita come stimolo visivo. Questo imposta un limite inferiore approssimativo sulla frequenza che puoi usare per guidare una fonte di luce. Notare che le lampade ad arco in uso quando gli standard elettrici w ere sviluppato potrebbe non aver avuto una risposta elettrica puramente resistiva (vedere la risposta di Schwern in cui viene menzionato il raffreddamento su ogni ciclo) ma la frequenza della sorgente è sempre presente in uscita anche nei sistemi non lineari e filtrati.

Riflessioni / adattamento di impedenza

I segnali di corrente alternata che viaggiano su un filo obbediscono a un comportamento ondulatorio. In senso approssimativo, maggiore è la frequenza, più ondulato è il segnale. Una buona regola pratica è che se la lunghezza dei fili è paragonabile a o molto più lunga della lunghezza d'onda del segnale, allora devi preoccuparti di fenomeni simili a onde come la riflessione. La lunghezza d'onda $ \ lambda $ di un segnale elettrico è approssimativamente $$ \ lambda = c / f $$ dove $ c $ è la velocità della luce e $ f $ è la frequenza. Supponiamo di voler trasmettere l'elettricità da una sottostazione elettrica a una casa e di voler mantenere la lunghezza d'onda abbastanza grande da prevenire la fisica della riflessione senza dover occuparci di un attento adattamento dell'impedenza. di $ 1000 \, \ text {m} $ per essere prudenti. Quindi otteniamo $$ f \ leq c / 1000 \ , \ text {m} = 300 \, \ text {kHz} \,. $$

Tensione

Stiamo parlando della tensione all'interno dell'edificio qui Si noti che la potenza viene trasmessa a una tensione molto più alta e quindi diminuita vicino al punto finale. La scelta di 120 V apparentemente deriva dal fatto che l'elettricità era originariamente utilizzata per l'illuminazione e le prime lampade a quei tempi erano più efficienti a circa 110 V. Il valore 120 V potrebbe essere stato scelto per compensare la caduta di tensione nei cavi che vanno alle sorgenti di illuminazione.

Ulteriori letture

Documento dettagliato di EL Owen con riferimenti

$ [a] $ : non sono un esperto nella percezione dello sfarfallio umano. Questo numero è un'ipotesi approssimativa basata sull'esperienza personale e su un po 'di letteratura.

P.S. Considero questa risposta un lavoro in corso e ne aggiungerò altre man mano che apprenderò di più.

Stesso commento dell'altra risposta: questo riguarda la frequenza, ma non i 230 V (e 120 V negli Stati Uniti) e quindi risponde solo a metà della domanda.
@tpg2114 Sì.Come ho detto, è un lavoro in corso.
Solo un dolce promemoria!
Per un dispositivo "simmetrico" come una luce a incandescenza, 40 Hz CA (con un offset CC trascurabile) non significa davvero 80 Hz?80 Hz suona velocemente ...
@NickT: Sì, vedere la parte "2ω".
#3
+13
Nicolas
2015-10-08 00:10:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Le altre due risposte affrontano il problema della frequenza. Il problema della tensione è molto più semplice.

Se la tensione è troppo alta, corri il rischio di archi tra i conduttori. La distanza minima tra i conduttori prima che appaia un arco è proporzionale alla tensione. A 240 V, l'arco si trova a una distanza di pochi millimetri nell'aria, a seconda dell'umidità. Più tensione diventa chiaramente impraticabile ...

Se la tensione si abbassa, d'altra parte, hai bisogno di più corrente per una data potenza. Ma il riscaldamento dei fili è proporzionale alla corrente al quadrato: ciò significa che è necessario un filo più spesso, con una resistenza inferiore. È ingombrante, costoso e rigido (ad esempio, il filo da 32 A è appena abbastanza pieghevole per gli angoli delle pareti).

Quindi i 120/240 V scelti riflettono questo equilibrio tra problemi di arco (specialmente intorno alle connessioni) e riscaldamento del filo .

Ho anche sentito che la sicurezza impone un voltaggio elevato, quindi gli spasmi muscolari ti danno la possibilità di far cadere qualunque cosa tu stia toccando prima di bruciarti fino al midollo. Non so fino a che punto questo sia vero ...

Non ho mai capito questo argomento secondo cui l'alta tensione è più efficiente.Dici che la dissipazione di potenza va al quadrato della corrente, ma * anche * al quadrato della tensione.Probabilmente c'è una spiegazione semplice se si considera correttamente la teoria dei circuiti, ma * non * l'ho mai vista spiegata in modo convincente.
@DanielSank: Se si desidera un dispositivo con una potenza nominale specifica, ad esempio 1000 W, sono necessari 8,3 [email protected], o 4,34 [email protected] a 14.45 risp.Resistenza di 52 ohm nel dispositivo.Ora se i tuoi fili hanno 0,1 Ohm (molto più bassi del tuo dispositivo, abbastanza bassi da non cambiare la corrente in modo significativo), dissiperanno 0,1 * 8,3 ^ 2 = 6,9 W nel primo caso e 0,1 * 4,34 ^ 2 = 1,9 W inil secondo caso.Il che significa che perdi 4 volte di più con 120 V e i tuoi fili si riscaldano 4 volte di più.
@DanielSank: Il punto chiave è distinguere tra "tensione utile" e "caduta di tensione indesiderata ma inevitabile".La potenza utile al carico è il prodotto della tensione utile e della corrente in fase.Lo spreco di energia è proporzionale al prodotto della corrente totale e alla caduta di tensione in fase associata indesiderata ma inevitabile.In generale, la corrente viene scelta in base alla quantità desiderata di potenza utile e la caduta di tensione indesiderata è proporzionale alla corrente, rendendo così lo spreco proporzionale alla corrente al quadrato.
@GuntramBlohm Ah sì, certo.
#4
+2
Lenzuola
2015-10-08 05:15:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Lo svantaggio di avere una frequenza troppo bassa è che i trasformatori di rete diventano molto grandi.

Tuttavia ci sono stati standard di frequenza più bassi (25 Hz, 15, ecc.) Questi sono usati dai treni (per lo più sistemi legacy).

Potresti aggiungere alcuni riferimenti e spiegazioni sul perché i trasformatori diventano più grandi al diminuire della frequenza?Ha qualcosa a che fare con il numero di avvolgimenti?
Gli aeroplani usano 400 Hz per questo motivo;I trasformatori da 50 Hz sono troppo pesanti.
@Schwern: Un po 'semplificato, per un trasformatore di dimensioni fisse l'energia convertita per ciclo è una costante.Più cicli al secondo sono più energia.Mantenendo costanti i cicli, OTOH, vediamo che l'energia convertita scala con le dimensioni.Combinando i due, vediamo che alle frequenze più basse è necessario aumentare le dimensioni per mantenere costante la potenza.
@Schwern Innanzitutto cosa succede a 0 Hz?Un flusso magnetico breve, quindi infinito.Ora pensa a cosa succede quando abbassi la frequenza, dovrai avvicinarti a questo limite a parità di condizioni.Pertanto il flusso magnetico diventa più grande nel nucleo e quindi per evitare di saturare il nucleo è necessario ingrandirlo.
Al giorno d'oggi vediamo molti alimentatori switching.Internamente creano un'alta frequenza, permettendo loro di trasformare la tensione con trasformatori molto più leggeri.Sono molto più piccoli, molto più leggeri, più efficienti dei trasformatori e producono una tensione di uscita stabilizzata.
@ Utente 241.007 La rete di distribuzione elettrica nel mondo industriale è anteriore alla Seconda Guerra Mondiale.Allora non c'erano alimentatori switching (tranne forse in un laboratorio) e certamente non nelle reti di distribuzione.Ad ogni modo, la tendenza nei sistemi di alimentazione è quella di passare dalla CA all'alta tensione CC (linee più lunghe, nessun accoppiamento capacitivo)
@ Utente 241.007 E fino al punto di efficienza dell'alimentatore commutato, dubito che si avvicinino all'efficienza del trasformatore principale.Queste cose principali considerazioni di progettazione sono la longevità e l'efficienza.Una lastra di ferro avvolta nel rame ha un'efficienza superiore al 95%.Dubito che un alimentatore commutato possa gestire la potenza, essere altrettanto efficiente e durare 40, 50 anni (in particolare per il funzionamento a rete).
#5
+1
pyramids
2015-10-08 00:12:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

I motivi pratici includono l'effetto pelle (non vuoi che la tua frequenza superi al massimo alcuni KHz di molto a meno che tu non sia disposto a usare qualcosa di simile al filo Litz per trasferire grandi correnti) e le dimensioni dei nuclei magnetici per trasformatori, che devono essere in grado di immagazzinare magneticamente più della massima energia da trasmettere in ogni ciclo, in modo tale che il loro volume cresca con il periodo del ciclo. Tuttavia, questi vincoli fisici non definiscono un ottimo netto; in quanto tali, 10 Hz o 500 Hz sarebbero altrettanto ragionevoli e valori simili vengono utilizzati nella pratica anche oggi: gli aeroplani moderni hanno alimentazioni a 400 Hz mentre, almeno in Germania, l'alimentazione per treni elettrici è standardizzata a 16 2/3 Hz.

Esiste ovviamente un compromesso simile tra tensione e corrente, ma almeno fintanto che la frequenza scelta consente di compensare una tensione inferiore con fili più spessi e una tensione più elevata con isolamento più spesso, potrebbe sostenere che questo è più un compromesso economico o di sicurezza. Dopotutto, per lunghe distanze, ci trasformiamo per ottenere un miglior compromesso (e dobbiamo usare AC piuttosto che DC per essere sempre in grado di farlo, anche con tecniche puramente passive, storicamente vecchie). Quindi sospetto, senza saperlo realmente, che ragioni storiche, come il voltaggio massimo pratico per il quale potrebbero essere prodotte le lampadine durante il periodo di standardizzazione, o forse idee di accompagnamento su ciò che potrebbe non essere ancora troppo pericoloso per le fabbriche e le case, giocano un ruolo.

#6
  0
KalleMP
2015-10-08 22:37:48 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sembra che sia stato selezionato 60 Hz invece di 55 o 75 semplicemente perché ci sono 60 secondi in un minuto e quindi 60 cicli al secondo sembravano un numero comodo.

Durante i primi giorni di distribuzione trasmissione di potenza le frequenze e le tensioni sarebbero state ovunque. I limiti di ciò che era sicuro e conveniente sarebbero stati sviluppati attraverso l'esperienza pratica.

I materiali utilizzati per i trasformatori avrebbero preferito le basse frequenze. La massa dei trasformatori avrebbe preferito le alte frequenze. La gamma di 50-60 era il punto debole e 50 e 60 sono entrambi numeri "tondi" che si dividono bene ai fini del tempo.

Le tensioni si sarebbero standardizzate in qualche modo con le apparecchiature fornite, lampadine, motori tale sarebbe stato venduto per abbinare una fornitura locale e gli intervalli di tensione del fornitore avrebbero promosso l'ottimizzazione della tensione di generazione.

Il primo paragrafo è una speculazione e non spiega 50Hz o 45 o 400 o le altre frequenze con cui si suonava nel 19 ° secolo.Il secondo paragrafo deve definire perché certe frequenze e tensioni sono "sicure e convenienti".Alcune citazioni sull'effetto delle frequenze sul materiale e sulla massa del trasformatore aiuterebbero.Il paragrafo finale sulle tensioni non affronta il fatto che gli elementi elettrici all'epoca avevano tensioni molto variabili, perché convergevano nella gamma 110/240 anziché 10-100 o 200-1000?Tutto ciò richiede citazioni o equazioni.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
Loading...