■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(xiě)，我們平常的使用習慣都是用“Hz”來(lái)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（特別注意不是一分鐘），目前中國及世界上部分國家的國標供電系統的頻率是50Hz。50Hz表示1秒鐘電流有50個(gè)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(shí)、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(chēng)為工頻（世界供電系統標準頻率）50 Hz以下，是我們一般稱(chēng)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(lái)說(shuō)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(shuō)頻率低了會(huì )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(ài)迪生和特斯拉（非今天汽車(chē)品牌）的直流電與交流電大戰，愛(ài)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(dòng)物，其中還包括一頭大象，愛(ài)迪生老先生也是蠻拼的~（客觀(guān)上說(shuō)，同樣的電流大小下，人體耐受直流電的時(shí)間是要長(cháng)于耐受交流電的時(shí)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(guò)最后愛(ài)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(xiàn)路上的能量就能降低。而直流電當時(shí)無(wú)法變壓，發(fā)電機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(ài)迪生當時(shí)建的電廠(chǎng)有點(diǎn)像現在的分布式電源，到處都是。

   直流送電另一個(gè)問(wèn)題是難以開(kāi)斷，直到現在這個(gè)問(wèn)題還困擾著(zhù)直流輸電。我們平時(shí)在拔一些電器的插銷(xiāo)時(shí)，還會(huì )打電火花。直流輸電的問(wèn)題同電火花一樣，當電流大到一定程度時(shí)，這個(gè)電火花是無(wú)法熄滅的，我們稱(chēng)之為電弧。對于交流電而言，電流會(huì )改變方向，因而有電流過(guò)零的時(shí)刻，利用這個(gè)小電流時(shí)間點(diǎn)，我們可以通過(guò)滅弧裝置切斷線(xiàn)路中的電流。但直流電流方向不會(huì )改變，沒(méi)有這個(gè)過(guò)零點(diǎn)，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(huì )怎么樣？比如5Hz的交流電有什么問(wèn)題呢？

一、是變壓器效率的問(wèn)題。變壓器是靠原邊的磁場(chǎng)變化，感應到副邊升壓或降壓的。磁場(chǎng)變化的頻率越慢，感應是越弱的，極端情況就是直流，根本沒(méi)有感應，所以頻率太低了不行。當然，太高了也會(huì )有漏磁太多的問(wèn)題，后面會(huì )講到。（學(xué)過(guò)電機學(xué)的朋友可以回憶，變壓器等效電路中間有個(gè)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、是用電設備功率問(wèn)題。舉個(gè)身邊的例子吧，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的轉速就是他的頻率，比如怠速時(shí)500轉/分鐘，加速換擋時(shí)是3000轉/分鐘，換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來(lái)了，轉速越高，發(fā)動(dòng)機的勁兒（功率）越大。同樣道理，在相同頻率下，發(fā)動(dòng)機越大，輸出功率越大，這也是為什么柴油機個(gè)頭都比汽油大的原因，個(gè)兒大勁兒大的柴油機才能帶動(dòng)公交卡車(chē)等重型汽車(chē)。同理，電動(dòng)機（或者說(shuō)一切轉動(dòng)機械）既要求個(gè)頭小，又要求輸出功率大，只有一個(gè)辦法;提高轉速，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(gè)頭小但功率大的電動(dòng)機。類(lèi)似的如飛機的航空發(fā)動(dòng)機，每分鐘轉速高達上萬(wàn)轉，就是為了小身體有大能量;飛機的電源也是400Hz的（24000轉/分），因為發(fā)動(dòng)機轉速太高，發(fā)電的頻率就高了。變頻空調也是同樣的道理，通過(guò)變換交流電的頻率，來(lái)控制空調壓縮機的輸出功率?？傊?，功率與頻率在一定條件范圍內成正相關(guān)系.（這里順便說(shuō)下現在汽車(chē)廠(chǎng)商的發(fā)動(dòng)機功率參數。有些廠(chǎng)商為了表明今年的車(chē)型比去年的性能提高了，就把發(fā)動(dòng)機的最大功率調高了，比如把240kW調高到260kW，乍一看以為發(fā)動(dòng)機更先進(jìn)了。其實(shí)各位還要再看一下另外一個(gè)參數;最大功率轉速，有時(shí)候這個(gè)參數也同步調高了。去年的車(chē)型是5000轉時(shí)達到最大功率，今年改成6000轉了，實(shí)際是用轉速的提高帶來(lái)了輸出功率的增加，而不是性能真正提高。發(fā)動(dòng)機每分鐘6000轉什么概念呢;大概就是狠狠的踩一腳地板油吧?。。。?/p>

現在再說(shuō)說(shuō)頻率高了會(huì )怎么樣？比如把頻率定在400Hz會(huì )怎么樣？

一、是線(xiàn)路和設備的損耗會(huì )增加。輸電線(xiàn)路、變電設備、用電設備，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(wú)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(wú)功功率；因為目前50Hz輸電線(xiàn)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(xiàn)路，降低電抗是提高輸電功率的關(guān)鍵。與電抗相對應的還有容抗，容抗和頻率成反比，頻率越高，容抗越小，線(xiàn)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(xiàn)路送電距離不能過(guò)長(cháng)的原因）所以如果頻率高了，線(xiàn)路的泄漏電流就會(huì )增加，輸電損耗也就會(huì )增加。

二、是發(fā)電機轉速過(guò)快?，F在的發(fā)電機組基本都是單級機，也就是一對磁極。為了發(fā)出50Hz的電，轉子每分鐘轉速要達到3000轉。咱們的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機轉速達到3000轉時(shí)，就能明顯感覺(jué)引擎在振動(dòng)作響了，轉到六七千轉時(shí)，你會(huì )覺(jué)得發(fā)動(dòng)機要跳出引擎蓋。小小的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機尚且如此，更何況是一個(gè)重達百?lài)嵉膶?shí)心鐵疙瘩轉子與汽輪機，也因此發(fā)電廠(chǎng)的噪音都很大。一個(gè)重達百?lài)嵉匿撧D子每分鐘要轉3000轉談何容易，如果頻率再高三四倍，估計發(fā)電機能飛出廠(chǎng)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(huì )高，電動(dòng)機可以做到小個(gè)頭大功率；頻率不能太高的原因：線(xiàn)路和設備可以損耗相對變小，發(fā)電機轉速不必過(guò)高。所以根據經(jīng)驗和習慣，國際上通用供電網(wǎng)系統的電能頻率被定在50或60Hz（稱(chēng)之為工頻）。

■風(fēng)電和光伏發(fā)電為什么不能取代傳統供電？

因為發(fā)電機的轉子運行時(shí)具有相當大的慣性，這也是電力系統被稱(chēng)為慣性系統，能保持安全穩定運行的前提。同樣也是為什么風(fēng)電和太陽(yáng)能這種間歇性電源對傳統電源提出挑戰的原因。因為風(fēng)能和光能變化很快，但幾十噸重的轉子由于巨大的慣性，要減少出力或增加出力的速度相對都會(huì )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(shí)不得不棄風(fēng)電和光伏發(fā)電。有人會(huì )說(shuō)那我們將電能存儲，用電池進(jìn)行轉換，不就行了，先不管存儲效率的問(wèn)題（因為電池技術(shù)遲早會(huì )進(jìn)步）。風(fēng)電和光電被稱(chēng)為清潔能源，而且取之不盡，但之所以沒(méi)有被國家舉全國之力來(lái)進(jìn)行普及和推廣，除了它們會(huì )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(guò)電池轉換后就沒(méi)有慣性了。光伏電池不是旋轉設備，即非慣性系統，大量接入后，降低了電力系統的慣性，這也會(huì )對整個(gè)電網(wǎng)安全穩定運行造成一定影響。如果風(fēng)能不經(jīng)過(guò)電池轉換直接并入電網(wǎng)，會(huì )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，損壞接入和接出設備。

■50Hz的設備可以用60hz來(lái)供電嗎 ？

這個(gè)主要看應用場(chǎng)合了，如果非精密試驗設備或對頻率沒(méi)有特別精細要求的場(chǎng)合，都是沒(méi)問(wèn)題的。再就看負載類(lèi)型，是阻性負載還是感性性負載。如果是感性負載如：電機，相當于轉速提升20%（之前每分鐘3000轉，現在變成每分鐘3600轉，就國內目前工業(yè)水平，電機機械強度是沒(méi)有問(wèn)題的，但電機運行溫升相對50hz時(shí)會(huì )有所增加，損耗會(huì )變大。電氣類(lèi)產(chǎn)品有一個(gè)共性，就是為了保證設備的安全，不得超過(guò)它的額定電流（因為電機漆包線(xiàn)的安全載流量是一定，是一個(gè)固定值，不會(huì )隨著(zhù)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(huì )下降20%（也就是電機在60hz狀態(tài)下運行達到額定電流值時(shí)，只能相當于在50hz時(shí)的80%出力）如果想把50hz電機應用到60hz場(chǎng)合，不折損原設計功率運行，必須根據負載情況放大1.4倍，才可以滿(mǎn)足設計50hz時(shí)長(cháng)期安全運行效率80%指標。根據實(shí)際使用的經(jīng)驗值，有經(jīng)驗的電工通常在選配電氣設備時(shí)，如果阻性負載，會(huì )按額定負載容量放大1.2倍（個(gè)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(jiǎn)單的說(shuō)，保留余量，讓其長(cháng)期運行額定容量的80%，這樣對設備使用壽命理更好。感性負載，如電機、風(fēng)機會(huì )按起動(dòng)方式不同，起動(dòng)電流也會(huì )不同，要按最大起動(dòng)電流參數選配。伺服起動(dòng)一般按照額定容量放大1.2倍，變頻器起動(dòng)放大2-3倍，直接起動(dòng)放大3-4倍。

看到以上情況有人可能會(huì )說(shuō)，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(chǎng)合較少，所以?xún)r(jià)格相對虛高，動(dòng)輒幾萬(wàn)十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)，有時(shí)遠遠超過(guò)設備的價(jià)值，維修也有一定技術(shù)要求，所以在實(shí)際應用中咨詢(xún)比較多，但最終除了實(shí)驗場(chǎng)合，基本配備很少。進(jìn)口歐美精密設備和出口的生產(chǎn)設備也只是配備變壓器，將電壓轉換成使用國供電系統匹配電壓就可以了，并沒(méi)有進(jìn)行頻率轉換，經(jīng)過(guò)長(cháng)期實(shí)踐應用，配備變壓器是目前世界各國設備商通用做法。

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