Warum liefern Versorgungsunternehmen mit einer Frequenz von 50/60 Hz?

Es ist mir aufgefallen, dass Versorgungsunternehmen in der ganzen Welt Haushalte mit 50/60 Hz versorgen. Es könnte 10 Hz oder 100 Hz sein ... was auch immer

Wurden 50/60 zufällig ausgewählt? Besteht ein Grund dafür (Effizienz, einfacher zu konstruieren / zu kontrollieren usw.), die inländische Versorgung auf 50/60 Hz zu beschränken?

Mit anderen Worten, wenn ich ein Stromversorgungssystem entwerfe, warum sollte ich statt einer anderen Frequenz 50/60 Hz wählen?

60 Hz waren das Ergebnis technischer Kompromisse, die, wie ich glaube, von Nicolai Tesla gemacht oder beeinflusst wurden. Er war einer der ersten Befürworter des Vertriebs von AC, wie es Edison vorgeschlagen wurde, der DC vertreiben wollte. Der Kompromiss hing mit der Größe der benötigten Maschinen und Transformatoren zusammen, die mit höherer Frequenz kleiner werden, und einigen Verlusten, die mit der Frequenz zunehmen. Ich erinnere mich, dass ich gelesen habe, dass einige sorgfältige Studien die Entscheidung getroffen haben, 60 Hz zu wählen.

50 Hz waren dagegen vermarktungsbedingt. Es gab einen deutschen Hersteller von Stromnetzgeräten, der sich auszeichnen wollte und es schaffte, 50 Hz als Standard in Deutschland und dann in weiten Teilen Europas durchzusetzen. Dies bedeutete, dass sie nicht mit den amerikanischen 60-Hz-Geräten konkurrieren mussten. Der Rest der Welt landete bei 60 oder 50 Hz, je nachdem, bei wem sie ihre Ausrüstung gekauft hatten und ob sie wirtschaftlicher an Europa oder die USA gebunden waren. Seit Russland den europäischen 50-Hz-Standard übernommen hat, wurden alle sowjetischen Blöcke zu 50-Hz-Ländern.

So sieht das aus, wonach Sie suchen:

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

In den frühen Tagen der Elektrifizierung wurden so viele Frequenzen verwendet, dass kein einziger Wert vorherrschte (London im Jahr 1918 hatte 10 verschiedene Frequenzen). Im weiteren Verlauf des 20. Jahrhunderts wurde mehr Strom bei 60 Hz (Nordamerika) oder 50 Hz (Europa und der größte Teil Asiens) erzeugt. Die Normung ermöglichte den internationalen Handel mit Elektrogeräten. Viel später ermöglichte die Verwendung von Standardfrequenzen die Zusammenschaltung von Stromnetzen. Erst nach dem Zweiten Weltkrieg mit dem Aufkommen erschwinglicher Elektrokonsumgüter wurden einheitlichere Standards eingeführt.

In Großbritannien wurde bereits 1904 eine Standardfrequenz von 50 Hz angegeben, bei anderen Frequenzen setzte sich jedoch eine signifikante Entwicklung fort. [10] Die Einführung des Nationalen Stromnetzes ab 1926 erzwang die Vereinheitlichung der Frequenzen unter den vielen miteinander verbundenen Elektrizitätsversorgern. Der 50-Hz-Standard wurde erst nach dem Zweiten Weltkrieg vollständig festgelegt.

Um 1900 hatten europäische Hersteller für Neuinstallationen meistens 50 Hz als Standard festgelegt. Der deutsche VDE in der ersten Norm für elektrische Maschinen und Transformatoren von 1902 empfahl 25 Hz und 50 Hz als Standardfrequenzen. VDE sah nicht viel Anwendung von 25 Hz und ließ es aus der Ausgabe von 1914 der Norm fallen. Restinstallationen auf anderen Frequenzen blieben bis weit nach dem Zweiten Weltkrieg bestehen. [9]

Neben der 1997 von Rasmus Faber zitierten Edward L Owen-Kolumne gibt es hier einen weiteren guten Artikel: "Technische Ursprünge von 60 Hz als Standard-Wechselstromfrequenz in Nordamerika", IEEE Power Engineering Review, März 1999, Paul Nixon, p. 35-37. Der vollständige Artikel befindet sich hinter einer Paywall, aber sie veröffentlichen die erste Seite als PNG-Bild, auf das ich unten verweisen werde.

Der besonders interessante Abschnitt hier ist:

Ende 1889 und Anfang 1890 traten direkt gekoppelte Wechselstromgeneratoren in die experimentelle Phase ein. Diese Maschinen würden sich als viel zuverlässiger als die riemengetriebenen Generatoren erweisen, würden jedoch mit viel niedrigeren Geschwindigkeiten arbeiten. Die Notwendigkeit für niedrigere Wechselstrom-Betriebsfrequenzen [als 133,3 Hz] war offensichtlich, wiederum bedingt durch konstruktive und mechanische Einschränkungen. Zum Beispiel würde eine Lichtmaschine, die direkt von einem 100-U / min-Motor angetrieben wird, 160 Pole benötigen, um eine Frequenz von 133 1/3 Hz zu erzielen. Diese Art der Konstruktion wurde als unzulässig angesehen. Zu dieser Zeit führte die Westinghouse Co. eine technische Studie durch, in der sowohl die elektrischen Betriebseigenschaften im Hinblick auf die Systemkomponenten der Zeit als auch mögliche Einschränkungen bei der Konstruktion von motorgetriebenen Generatoren untersucht wurden. 200 Wechsel pro Minute (60 Hz bei 2 Polen) waren eine Frequenz, die für die dann erreichbaren Motordrehzahlen wünschenswert wäre. 60Hz war eigentlich ein sorgfältig ausgewählter Kompromiss. Es wurde angenommen, dass höhere Frequenzen für die Transformatoren besser sind als die vorhandenen, während niedrigere Frequenzen für Generatoren vom Motortyp besser sein könnten. 60 Hz erschien erstmals kommerziell im Jahr 1890. Die frühesten 60 Hz-Systeme waren wie die früheren Wechselstromsysteme (140, 133 1/3, 125 Hz) alle einphasig.

Bis 1892 gab es eine große Anzahl von 60-Hz-Zentralstationen von Westinghouse, und 60-Hz hatte einen Teil des Wechselstromgeschäfts von den höheren Frequenzen übernommen.

_{(Quelle: ieee.org )}

Im Grunde haben wir also Kompromisse (Transformatoren besser bei hohen Frequenzen als elektrische Maschinen besser bei niedrigen Frequenzen, was heute noch weitgehend zutrifft), die zu einem willkürlichen Kompromiss führen und dann die Auswahl durch Netzwerkeffekte festigen.

In dem Owen-Artikel wird auch erwähnt, dass Südkalifornien 50 Hz betrug, bis die Umstellung auf 60 Hz 1948 abgeschlossen wurde. Japan hat immer noch die Hälfte von 50 Hz und 60 Hz: Owen-Staaten "1895 verkaufte AEG einen 50-Hz-Generator an das Energieversorgungsunternehmen in Tokio und im Osten Die Hälfte Japans wurde auf den 50-Hz-Pfad geschaltet. Ein wenig mehr als ein Jahr später verkaufte GE einen 60-Hz-Generator an das Energieversorgungsunternehmen in Osaka, und die westliche Hälfte Japans wurde auf den 60-Hz-Pfad geschaltet. " Letztendlich scheint es hauptsächlich Trägheits- / Netzwerkeffekte zu geben - es ist einfach zu schmerzhaft, große Infrastrukturprojekte zu ändern.

Aus den Ursprüngen von 60 Hz als Leistungsfrequenz (IEEE Industry Applications Magazine, Dezember 1997, "History" -Spalte von Edward L. Owen ):

Die Wahl fiel auf 50 bis 60 Hz, und beide waren gleichermaßen für die Bedürfnisse geeignet. Wenn alle Faktoren berücksichtigt wurden, gab es keinen zwingenden Grund, eine der Frequenzen zu wählen. Schließlich wurde die Entscheidung getroffen, auf 60 Hz als zu standardisieren Es wurde als weniger wahrscheinlich empfunden, störendes Lichtflimmern zu erzeugen. “

Ich glaube, nachdem Tesla den AC / DC-Kampf mit Edison gewonnen hatte, gewann er viel Einfluss und diktierte mehr oder weniger die 60-Hz-Frequenz in den USA. Er hatte zu dieser Zeit auch die Leuchtstoffröhre erfunden und die Phosphor-Abklingzeit war wahrscheinlich kürzer als damals und hatte mehr Flackern bei 50 Hz, was Licht bei 2-facher Geschwindigkeit emittiert.

Der deutsche VDE dominierte die Standards Anfang des 20. Jahrhunderts und Europa standardisierte nach dem Zweiten Weltkrieg auf 50 Hz, wie Matt gestern sagte.

Es gibt ein anderes System für den Transport von Stromnetzen. Es heißt HGÜ. Da die Anforderungen an die Abwärtsberechnung so sind, wie sie sind, ist die Standardfrequenz für die zukünftige Verwendung leider so solide wie Rubidium. Daher verwenden sie riesige Vakuumröhren-Wechselrichter, um nach einer langen Streckendistribution wieder auf Wechselstrom umzustellen.

Ein weiteres Beispiel sind die Frequenzumrichter in Dieselzügen, die nur in Batterien gelagert werden müssen, damit Gleichstrom-Fahrmotoren mit den Batterien betrieben werden können. Dies ist der wirtschaftlichste Weg, da keine Bindung an 50 oder 60Hz besteht.

Die Russen und andere haben mit MagnetoHydroDynamic (MHD) Generatoren ohne bewegliche Teile und Felder> 1 T experimentiert .

In einigen Fällen arbeiten diese Generatoren im Bereich von 4-6 kHz.

Wenn sie zu Edisons Zeiten wüssten, wie man HGÜ vertreibt, hätte Tesla den Kampf verloren, den er gewonnen hat, basierend auf einer verbesserten Effizienz beim Hoch- und Herabsetzen der Verteilungskosten für Transformatoren, der Zuverlässigkeit von Induktionsmotoren gegenüber bürstenbehafteten Gleichstrommotoren und anderen Gründen.

Die "Bildwiederholfrequenz" des menschlichen Auges an sich liegt bei ungefähr 60 Hz. Dies war ein bestimmender Faktor bei der Frequenzauswahl der Energieerzeugung; Es wurde so konstruiert, dass es aus Gründen der Machbarkeit eine möglichst niedrige Frequenz aufweist, und landete daher bei ungefähr 60 Hz (50 in verschiedenen Teilen der Welt).

Stellen Sie sich vor 100 Jahren vor, der größte Hochleistungsturbinengenerator, den Sie bekommen können, ist eine Drehzahl von 250 U / min mit 8 oder 16 Polen, dreiphasig, und wenn Sie ihn zu schnell laufen lassen, schwingt er mit und ist zu langsam, ineffizient. Dann entscheiden Sie sich für die Übertragung mit Wechselstrom anstelle von Gleichstrom und landen dann bei 25 Hz und 50 Hz in einem Land. Wenn wir 60 Hz verwenden, sind alle unsere Uhren genauer.

Später erfindet IBM eine automatische magnetische Re-Synchro-Uhr, die in jedem Klassenzimmer stündlich synchronisiert wird, da sie vor langer Zeit 60 Hz anstelle von 50 Hz verwendet und die Uhren erfunden hat. Basierend auf 60 Hz, aber Europa sagt, wen interessiert das schon, Turbinen sind mit 250 U / min besser und wir können es uns nicht leisten, alle in Europa zu wechseln, wenn wir die Leistung teilen wollen. Abgesehen davon, wenn mehr als eine Person zustimmen muss, können Sie niemals die gleiche globale Antwort geben.

Ich weiß keine genaue Antwort, aber ich kann mir eine vorstellen, die sich auf die Geschichte und die Ähnlichkeit der elektromechanischen Kostenprobleme großer Maschinen stützt

und wenn Sie die Leistung in einem Wechselstromnetz hin und her teilen möchten, muss sie synchron zu 1 zu 10 ^ 15 sein und einen Nullphasenfehler aufweisen, der schwerer ist als er sich anhört ... daher gibt es regionale Unterschiede, die auf vielen beruhen Gründe ... Einige Möglichkeiten zur Aufteilung der Netzleistung sind Hochspannungsgleichstrom oder die Verwendung von Motor-Generator- oder Synchron-Wechselrichtern aus HGÜ mit Phasenkorrektur ...

Die EU ist also 50, Nordamerika 60 und Japan beides, und Afrika hat Synchronisierungsprobleme und viele Stromausfälle. Was auch immer Sie sich entscheiden, ändern Sie es nicht mit denen, an die Sie Strom verkaufen müssen.

(Mein Bruder hat viel in Afrika gearbeitet und mir erzählt, dass bei einem Stromausfall alle Geräte in seinem Haus, einschließlich der Kühlschrankmotoren und des Laptop-Zubehörs, im ländlichen Uganda durchgebrannt sind.)