■什么是Hz：

“Hz”中文讀“赫茲”，是頻率的計量單位。“Hz”是“Hertz”的英文縮寫，我們平常的使用習慣都是用“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（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制，什么12星座、12小時、12先令等于1英鎊等等。后建立工業制度的國家都采用十進制了，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稱為工頻（世界供電系統標準頻率）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，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，消耗在線路上的能量就能降低。而直流電當時無法變壓，發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，所以愛迪生當時建的電廠有點像現在的分布式電源，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，感應到副邊升壓或降壓的。磁場變化的頻率越慢，感應是越弱的，極端情況就是直流，根本沒有感應，所以頻率太低了不行。當然，太高了也會有漏磁太多的問題，后面會講到。（學過電機學的朋友可以回憶，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、是用電設備功率問題。舉個身邊的例子吧，汽車發動機的轉速就是他的頻率，比如怠速時500轉/分鐘，加速換擋時是3000轉/分鐘，換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來了，轉速越高，發動機的勁兒（功率）越大。同樣道理，在相同頻率下，發動機越大，輸出功率越大，這也是為什么柴油機個頭都比汽油大的原因，個兒大勁兒大的柴油機才能帶動公交卡車等重型汽車。同理，電動機（或者說一切轉動機械）既要求個頭小，又要求輸出功率大，只有一個辦法;提高轉速，這也就是為什么交流電頻率不能太低的原因，因為我們需要個頭小但功率大的電動機。類似的如飛機的航空發動機，每分鐘轉速高達上萬轉，就是為了小身體有大能量;飛機的電源也是400Hz的（24000轉/分），因為發動機轉速太高，發電的頻率就高了。變頻空調也是同樣的道理，通過變換交流電的頻率，來控制空調壓縮機的輸出功率。總之，功率與頻率在一定條件范圍內成正相關系.（這里順便說下現在汽車廠商的發動機功率參數。有些廠商為了表明今年的車型比去年的性能提高了，就把發動機的最大功率調高了，比如把240kW調高到260kW，乍一看以為發動機更先進了。其實各位還要再看一下另外一個參數;最大功率轉速，有時候這個參數也同步調高了。去年的車型是5000轉時達到最大功率，今年改成6000轉了，實際是用轉速的提高帶來了輸出功率的增加，而不是性能真正提高。發動機每分鐘6000轉什么概念呢;大概就是狠狠的踩一腳地板油吧！！！）

現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、是線路和設備的損耗會增加。輸電線路、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、是發電機轉速過快。現在的發電機組基本都是單級機，也就是一對磁極。為了發出50Hz的電，轉子每分鐘轉速要達到3000轉。咱們的汽車發動機轉速達到3000轉時，就能明顯感覺引擎在振動作響了，轉到六七千轉時，你會覺得發動機要跳出引擎蓋。小小的汽車發動機尚且如此，更何況是一個重達百噸的實心鐵疙瘩轉子與汽輪機，也因此發電廠的噪音都很大。一個重達百噸的鋼轉子每分鐘要轉3000轉談何容易，如果頻率再高三四倍，估計發電機能飛出廠房了。

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，電動機可以做到小個頭大功率；頻率不能太高的原因：線路和設備可以損耗相對變小，發電機轉速不必過高。所以根據經驗和習慣，國際上通用供電網系統的電能頻率被定在50或60Hz（稱之為工頻）。

■風電和光伏發電為什么不能取代傳統供電？

因為發電機的轉子運行時具有相當大的慣性，這也是電力系統被稱為慣性系統，能保持安全穩定運行的前提。同樣也是為什么風電和太陽能這種間歇性電源對傳統電源提出挑戰的原因。因為風能和光能變化很快，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很慢（也就是爬坡率的概念），跟不上風電和光伏發電的變化速度，所以有時不得不棄風電和光伏發電。有人會說那我們將電能存儲，用電池進行轉換，不就行了，先不管存儲效率的問題（因為電池技術遲早會進步）。風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行普及和推廣，除了它們會受環境變化影響外，而最最重要的原因就是因為風電，光電通過電池轉換后就沒有慣性了。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，這也會對整個電網安全穩定運行造成一定影響。如果風能不經過電池轉換直接并入電網，會因為風速的變化，發風電能頻率與供電網中發電機發電頻率不匹配，從而危害電網安全，損壞接入和接出設備。

■50Hz的設備可以用60hz來供電嗎 ？

這個主要看應用場合了，如果非精密試驗設備或對頻率沒有特別精細要求的場合，都是沒問題的。再就看負載類型，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，就國內目前工業水平，電機機械強度是沒有問題的，但電機運行溫升相對50hz時會有所增加，損耗會變大。電氣類產品有一個共性，就是為了保證設備的安全，不得超過它的額定電流（因為電機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），這樣為了保護證電機安全，相對電機的力矩也就會下降20%（也就是電機在60hz狀態下運行達到額定電流值時，只能相當于在50hz時的80%出力）如果想把50hz電機應用到60hz場合，不折損原設計功率運行，必須根據負載情況放大1.4倍，才可以滿足設計50hz時長期安全運行效率80%指標。根據實際使用的經驗值，有經驗的電工通常在選配電氣設備時，如果阻性負載，會按額定負載容量放大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%，這樣對設備使用壽命理更好。感性負載，如電機、風機會按起動方式不同，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，有時遠遠超過設備的價值，維修也有一定技術要求，所以在實際應用中咨詢比較多，但最終除了實驗場合，基本配備很少。進口歐美精密設備和出口的生產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，并沒有進行頻率轉換，經過長期實踐應用，配備變壓器是目前世界各國設備商通用做法。

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