Yardımcı frekans - Utility frequency

110 V ve 60 Hz ile karşılaştırıldığında 230 V ve 50 Hz dalga biçimi

Yardımcı frekans , (güç) şebeke frekansı ( American English ) ya da şebeke frekansı ( British English ) nominal frekansı salınımlarının alternatif akım , bir de (AC) geniş alan senkron ızgara bir iletilen enerji santrali için son kullanıcı . Dünyanın büyük kısımlarında, bu 50  Hz olmasına rağmen, Amerika ve parçaları Asya tipik olarak 60 Hz'dir. Ülkeye veya bölgeye göre mevcut kullanım, ülkeye göre şebeke elektriği listesinde verilmektedir .

19. yüzyılın sonlarında ve 20. yüzyılın başlarında ticari elektrik güç sistemlerinin geliştirilmesi sırasında birçok farklı frekans (ve voltaj) kullanılmıştır. Tek bir frekansta ekipmana yapılan büyük yatırım, standardizasyonu yavaş bir süreç haline getirdi. Bununla birlikte, 21. yüzyılın başından itibaren, şimdi 50 Hz frekansını kullanan yerler 220-240 V kullanma eğilimindedir  ve şimdi 60 Hz kullananlar 100-127 V kullanma eğilimindedir. Bugün her iki frekans da bir arada bulunmaktadır (Japonya her ikisini de kullanır. ) birini diğerine tercih etmek için büyük bir teknik neden olmadan ve dünya çapında tam bir standardizasyon için görünür bir arzu olmadan.

Pratikte, şebekenin tam frekansı nominal frekans civarında değişir, şebeke ağır yüklendiğinde azalır ve hafif yüklendiğinde hızlanır. Bununla birlikte, çoğu yardımcı program, sabit sayıda döngünün gerçekleşmesini sağlamak için şebekenin frekansını gün boyunca ayarlayacaktır. Bu, bazı saatler tarafından zamanlarını doğru bir şekilde korumak için kullanılır.

Çalışma faktörleri

Bir AC sisteminde frekans seçimini birkaç faktör etkiler. Aydınlatma, motorlar, transformatörler, jeneratörler ve iletim hatlarının tümü, güç frekansına bağlı özelliklere sahiptir. Tüm bu faktörler birbiriyle etkileşir ve bir güç frekansı seçimini oldukça önemli hale getirir. En iyi frekans, çelişkili gereksinimler arasında bir uzlaşmadır.

19. yüzyılın sonlarında, tasarımcılar transformatör malzemelerinden tasarruf etmek ve lambaların görünür titremesini azaltmak için transformatörler ve ark lambaları içeren sistemler için nispeten yüksek bir frekans seçeceklerdi, ancak uzun iletim hatları olan sistemler için daha düşük bir frekans seçeceklerdi. doğru akım üretmek için öncelikle motor yüklerini veya döner dönüştürücüleri besler . Büyük merkezi üretim istasyonları pratik hale geldiğinde, istenen yükün doğasına göre frekans seçimi yapıldı. Sonunda makine tasarımındaki gelişmeler, hem aydınlatma hem de motor yükleri için tek bir frekansın kullanılmasına izin verdi. Bir gün boyunca sistem yükü daha tekdüze olduğundan, birleşik bir sistem elektrik üretiminin ekonomisini iyileştirdi.

Aydınlatma

Ticari elektrik gücünün ilk uygulamaları, akkor aydınlatma ve komütatör tipi elektrik motorlarıydı . Her iki cihaz da DC'de iyi çalışır, ancak DC voltajda kolayca değiştirilemez ve genellikle yalnızca gerekli kullanım voltajında ​​​​üretilir.

Düşük frekanslı bir akımda bir akkor lamba çalıştırılırsa, filaman alternatif akımın her yarım döngüsünde soğur , bu da lambaların parlaklığında ve titremesinde algılanabilir bir değişikliğe yol açar ; etki, ark lambaları ve daha sonraki cıva buharlı lambalar ve floresan lambalarda daha belirgindir . Açık ark lambaları, alternatif akımda sesli bir vızıltı yarattı ve sesi insan işitme aralığının üzerine çıkarmak için yüksek frekanslı alternatörlerle deneylere yol açtı.

Döner makineler

Komütatör tipi motorlar, yüksek frekanslı AC'de iyi çalışmaz, çünkü akımın hızlı değişimlerine motor alanının endüktansı karşı çıkar . AC ev aletlerinde ve elektrikli aletlerde komütatör tipi evrensel motorlar yaygın olsa da , bunlar 1 kW'tan küçük küçük motorlardır. Endüksiyon motoru da 60 Hz, 50 çevresinde frekanslarda çalışma bulunmuştur, ancak 1890'larda mevcut malzemeler ile 133 Hz, diyelim ki, bir frekansta iyi çalışmaz. Asenkron motor alanındaki manyetik kutupların sayısı, alternatif akımın frekansı ve dönüş hızı arasında sabit bir ilişki vardır; bu nedenle, belirli bir standart hız, frekans seçimini sınırlar (ve tersi). AC elektrik motorları yaygınlaştıktan sonra , müşterinin ekipmanıyla uyumluluk için frekansı standart hale getirmek önemliydi.

Düşük hızlı pistonlu motorlar tarafından çalıştırılan jeneratörler, belirli sayıda kutup için, örneğin yüksek hızlı bir buhar türbini tarafından çalıştırılanlardan daha düşük frekanslar üretecektir . Çok yavaş ana hareket ettirici hızları için, yüksek bir AC frekansı sağlamak için yeterli kutuplu bir jeneratör inşa etmek maliyetli olacaktır. Ayrıca, iki jeneratörü aynı hızda senkronize etmenin daha düşük hızlarda daha kolay olduğu bulundu. Kayışlı tahrikler, yavaş motorların hızını artırmanın bir yolu olarak yaygın olsa da, çok büyük oranlarda (binlerce kilovat) bunlar pahalı, verimsiz ve güvenilmezdi. Yaklaşık 1906'dan sonra, doğrudan buhar türbinleri tarafından çalıştırılan jeneratörler daha yüksek frekansları tercih etti. Yüksek hızlı makinelerin daha sabit dönüş hızı, döner dönüştürücülerdeki komütatörlerin tatmin edici çalışmasına izin verdi . RPM'deki senkron hız N, aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

burada f hertz cinsinden frekans ve P kutup sayısıdır.

Bazı mevcut ve geçmiş şebeke frekansları için AC motorların senkron hızları
Polonyalılar 133 13  Hz'de RPM 60 Hz'de RPM 50 Hz'de RPM 40 Hz'de RPM 25 Hz'de RPM 16 23  Hz'de RPM
2 8.000 3.600 3.000 2.400 1500 1.000
4 4.000 1800 1500 1.200 750 500
6 2,666.7 1.200 1.000 800 500 333.3
8 2.000 900 750 600 375 250
10 1.600 720 600 480 300 200
12 1,333.3 600 500 400 250 166.7
14 1142.9 514.3 428.6 342.8 214.3 142.9
16 1.000 450 375 300 187.5 125
18 888.9 400 333 13 266 23 166 23 111.1
20 800 360 300 240 150 100

Doğru akım gücü, alternatif akım tarafından tamamen yer değiştirmedi ve demiryolu ve elektrokimyasal işlemlerde kullanışlıydı. Cıva ark valfi doğrultucularının geliştirilmesinden önce , AC'den DC güç üretmek için döner dönüştürücüler kullanıldı. Diğer komütatör tipi makineler gibi, bunlar da daha düşük frekanslarda daha iyi çalıştı.

İletim ve transformatörler

AC ile transformatörler , müşteri kullanım voltajını düşürmek için yüksek iletim voltajlarını düşürmek için kullanılabilir. Transformatör, hareketli parçası olmayan ve az bakım gerektiren etkin bir voltaj dönüştürme cihazıdır. AC kullanımı, düzenli bakım ve izleme gerektiren DC voltaj dönüştürme motor jeneratörlerini döndürme ihtiyacını ortadan kaldırdı.

Belirli bir güç seviyesi için, bir transformatörün boyutları frekansla kabaca ters orantılı olduğundan, çok sayıda transformatöre sahip bir sistem daha yüksek bir frekansta daha ekonomik olacaktır.

Uzun hatlar üzerinden elektrik enerjisi iletimi daha düşük frekansları tercih eder. Hattın dağıtılmış kapasitansının ve endüktansının etkileri düşük frekansta daha azdır.

Sistem ara bağlantısı

Jeneratörler ancak aynı frekansta ve dalga şeklindeyse paralel olarak çalışmak üzere birbirine bağlanabilir. Kullanılan frekansı standartlaştırarak, bir coğrafi bölgedeki jeneratörler bir şebekede birbirine bağlanabilir , bu da güvenilirlik ve maliyet tasarrufu sağlar.

Tarih

Japonya'nın şebeke frekansları 50 Hz ve 60 Hz'dir

19. yüzyılda birçok farklı güç frekansı kullanıldı.

Çok erken izole edilmiş AC üretim şemaları, buhar motoru , su türbini ve elektrik jeneratörü tasarımı için uygunluğa dayalı keyfi frekanslar kullandı . 16 arasındaki frekanslar+23  Hz ve 133+13  Hz farklı sistemlerde kullanılmıştır. Örneğin, 1895'te İngiltere'nin Coventry şehri, 1906'ya kadar kullanımda olan benzersiz bir 87 Hz tek fazlı dağıtım sistemine sahipti. Frekansların çoğalması, 1880 ile 1900 arasındaki dönemde elektrikli makinelerin hızlı gelişiminden kaynaklandı.

Erken akkor aydınlatma döneminde, tek fazlı AC yaygındı ve tipik jeneratörler, 133 hertz frekans veren 2.000 RPM'de çalışan 8 kutuplu makinelerdi.

Pek çok teori ve epeyce eğlenceli şehir efsanesi olmasına rağmen , 60 Hz'e karşı 50 Hz'in tarihinin ayrıntılarında çok az kesinlik vardır.

Alman şirketi AEG (Almanya'da Edison tarafından kurulan bir şirketin soyundan) 50 Hz'de çalışan ilk Alman üretim tesisini kurdu. O zamanlar AEG sanal bir tekele sahipti ve standartları Avrupa'nın geri kalanına yayıldı. 1891'de Lauffen-Frankfurt bağlantısı tarafından iletilen 40 Hz'lik güç tarafından çalıştırılan lambaların titremesini gözlemledikten sonra , AEG 1891'de standart frekansını 50 Hz'e yükseltti.

Westinghouse Electric , aynı üretim sisteminde hem elektrikli aydınlatma hem de asenkron motorların çalışmasına izin vermek için daha yüksek bir frekansta standartlaştırmaya karar verdi. 50 Hz her ikisi için de uygun olsa da, 1890'da Westinghouse, mevcut ark aydınlatma ekipmanının 60 Hz'de biraz daha iyi çalıştığını düşündü ve bu nedenle frekans seçildi. Tesla'nın 1888'de Westinghouse tarafından lisanslanan endüksiyon motorunun çalışması, o zamanlar aydınlatma sistemleri için yaygın olan 133 Hz'den daha düşük bir frekans gerektiriyordu. 1893'te Almanya'da AEG'ye bağlı General Electric Corporation, Redlands, California'ya 50 Hz kullanarak elektrik getirmek için Mill Creek'te bir üretim projesi inşa etti , ancak bir yıl sonra Westinghouse standardı ile pazar payını korumak için 60 Hz'e değiştirdi.

25 Hz kökenler

1895 yılında Westinghouse tarafından inşa edilen Niagara Şelalesi projesinde ilk jeneratörler 25 Hz idi, çünkü türbin hızı alternatif akım güç aktarımı kesin olarak seçilmeden önce zaten ayarlanmıştı . Westinghouse, motor yüklerini sürmek için 30 Hz'lik düşük bir frekansı seçecekti, ancak proje için türbinler zaten 250 RPM'de belirtilmişti. Makineler 16 teslim etmek için yapılmış olabilir+ Ağır komütatör tipi motorlar için uygun 23 Hz güç, ancak Westinghouse şirketi bunun aydınlatma için istenmeyen bir durum olduğuna itiraz etti ve 33 önerdi.+13  Hz. Sonunda, 12 kutuplu 250 RPM jeneratörlerle 25 Hz'lik bir uzlaşma seçildi. Niagara projesi elektrik güç sistemleri tasarımında çok etkili olduğu için, düşük frekanslı AC için Kuzey Amerika standardı olarak 25 Hz üstün geldi.

40 Hz kökenler

Bir General Electric araştırması, 20. yüzyılın ilk çeyreğinde mevcut olan malzeme ve ekipman göz önüne alındığında, 40 Hz'nin aydınlatma, motor ve iletim ihtiyaçları arasında iyi bir uzlaşma olacağı sonucuna vardı. Birkaç 40 Hz sistemler inşa edildi. Lauffen-Frankfurt gösteri iletim gücüne 40 Hz kullanılan 175 km içinde 1891 Büyük birbiriyle bağlantılı 40 Hz şebeke kuzey-doğu İngiltere'de yaşamış ( Newcastle upon Tyne Elektrik Arz Firma , NESCO) gelişine kadar Ulusal Şebekeye (UK ) 1920'lerin sonlarında ve İtalya'daki projelerde 42 Hz kullanıldı. Amerika Birleşik Devletleri'nde sürekli çalışan en eski ticari hidroelektrik santrali olan Mechanicville Hidroelektrik Santrali , hala 40 Hz'de elektrik gücü üretiyor ve frekans değiştiriciler aracılığıyla yerel 60 Hz iletim sistemine güç sağlıyor . Kuzey Amerika ve Avustralya'daki endüstriyel tesisler ve madenler bazen devam edemeyecek kadar ekonomik olmayana kadar sürdürülen 40 Hz elektrik sistemleriyle inşa edildi. 40 Hz'e yakın frekanslar çok ticari kullanım bulsa da, bunlar daha yüksek hacimli ekipman üreticileri tarafından tercih edilen 25, 50 ve 60 Hz'lik standart frekanslarla atlandı.

Ganz Firma Macaristan dakikada 5000 dönüşümlerde (41 standardize etmişti 2 / 3  Ganz istemcileri 41 vardı, kendi ürünleri için Hz) 2 / 3  bazı durumlarda yıllarca koştum Hz sistemlerini.

Standardizasyon

Elektrifikasyonun ilk günlerinde, o kadar çok frekans kullanıldı ki, tek bir değer geçerli değildi (1918'de Londra'da on farklı frekans vardı). 20. yüzyıl devam ederken, 60 Hz'de (Kuzey Amerika) veya 50 Hz'de (Avrupa ve Asya'nın çoğu) daha fazla güç üretildi. Standardizasyon , elektrikli ekipmanlarda uluslararası ticarete izin verdi. Çok daha sonra, standart frekansların kullanılması, güç şebekelerinin birbirine bağlanmasına izin verdi. Daha tekdüze standartlar ancak II. Dünya Savaşı'ndan sonra – uygun fiyatlı elektrikli tüketim mallarının ortaya çıkmasıyla birlikte – yürürlüğe girmedi.

Birleşik Krallık'ta, 50 Hz'lik standart bir frekans 1904 gibi erken bir tarihte ilan edildi, ancak diğer frekanslarda önemli gelişmeler devam etti. 1926'da başlayan Ulusal Şebeke'nin uygulanması, birbirine bağlı birçok elektrik hizmeti sağlayıcısı arasında frekansların standardizasyonunu zorunlu kıldı. 50 Hz standardı ancak II . Dünya Savaşı'ndan sonra tamamen kuruldu .

Yaklaşık 1900'e gelindiğinde, Avrupalı ​​üreticiler yeni kurulumlar için çoğunlukla 50 Hz'i standart hale getirmişlerdi. Alman Verband der Elektrotechnik (VDE), 1902'de elektrikli makineler ve transformatörler için ilk standartta, standart frekanslar olarak 25 Hz ve 50 Hz'i tavsiye etti. VDE, 25 Hz'nin fazla bir uygulamasını görmedi ve bunu standardın 1914 baskısından çıkardı. Diğer frekanslarda kalan kurulumlar, İkinci Dünya Savaşı'ndan sonrasına kadar devam etti.

Dönüştürmenin maliyeti nedeniyle, dağıtım sisteminin bazı bölümleri yeni bir frekans seçildikten sonra bile orijinal frekanslarda çalışmaya devam edebilir. 25 Hz güç Ontario , Quebec , kuzey Amerika Birleşik Devletleri'nde ve demiryolu elektrifikasyonu için kullanıldı . 1950'lerde, jeneratörlerden ev aletlerine kadar birçok 25 Hz sistem dönüştürülmüş ve standartlaştırılmıştır. 2009 yılına kadar 25 kadar Hz jeneratörler de varlığını hâlâ Sir Adam Beck 1 (bunlar 60 Hz dönüşüm projeleri gerçekleştirildi) ve Rankine üretim istasyonları yakınında (onun 2009 kapanışına kadar) Niagara Şelalesi istemiyordu büyük endüstriyel müşteriler için güç sağlamak için mevcut ekipmanı değiştirmek; ve New Orleans'ta taşkın suyu pompaları için 25 Hz motorlar ve 25 Hz elektrik santrali bulunmaktadır. 15 kV AC kullanılan raylı ağları, Almanya , Avusturya , İsviçre , İsveç ve Norveç'te , hala çalışmasına 16+23  Hz veya 16,7 Hz.

Çoğu yükün demiryolu veya motor yükleri olduğu bazı durumlarda, 25 Hz'de güç üretmek ve 60 Hz dağıtım için döner dönüştürücüler kurmak ekonomik olarak kabul edildi . Alternatif akımdan DC üretimi için dönüştürücüler daha büyük boyutlarda mevcuttu ve 60 Hz'e kıyasla 25 Hz'de daha verimliydi. Eski sistemlerin kalan parçaları, bir döner konvertör veya statik invertör frekans değiştirici aracılığıyla standart frekans sistemine bağlanabilir . Bunlar, farklı frekanslarda iki güç şebekesi arasında enerjinin değiş tokuşuna izin verir, ancak sistemler büyük, maliyetlidir ve çalışırken bir miktar enerji harcar.

25 Hz ve 60 Hz sistemlerini dönüştürmek için kullanılan döner makineli frekans değiştiricilerin tasarımı zordu; 24 kutuplu 60 Hz'lik bir makine, 10 kutuplu 25 Hz'lik bir makineyle aynı hızda dönecek ve bu da makineleri büyük, yavaş hızlı ve pahalı hale getirecektir. 60/30 oranı bu tasarımları basitleştirebilirdi, ancak 25 Hz'de kurulu taban ekonomik olarak karşı çıkılamayacak kadar büyüktü.

Amerika Birleşik Devletleri'nde, Güney Kaliforniya Edison , 50 Hz'de standardize etmişti. Güney Kaliforniya'nın çoğu 50 Hz'de çalıştı ve yaklaşık 1948'e kadar jeneratörlerinin ve müşteri ekipmanlarının frekansını tamamen 60 Hz'e değiştirmedi. Au Sable Electric Company'nin bazı projeleri 1914'te 110.000 volta kadar iletim gerilimlerinde 30 Hz kullandı.

Başlangıçta Brezilya'da elektrikli makineler Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nden ithal edildi, bu da ülkenin her bölgeye göre hem 50 Hz hem de 60 Hz standartlarına sahip olduğunu ima etti. 1938'de federal hükümet, sekiz yıl içinde tüm ülkeyi 50 Hz'nin altına getirmeyi amaçlayan Decreto-Lei 852 adlı bir yasa çıkardı . Yasa işe yaramadı ve 1960'ların başında Brezilya'nın 60 Hz standardı altında birleştirilmesine karar verildi, çünkü çoğu gelişmiş ve sanayileşmiş bölge 60 Hz kullanıyordu; ve 1964'te yeni bir Lei 4.454 yasası ilan edildi. Brezilya, 1978'e kadar tamamlanmayan 60 Hz'e bir frekans dönüştürme programından geçti.

Meksika'da, 50 Hz şebekede çalışan alanlar 1970'lerde dönüştürüldü ve ülkeyi 60 Hz altında birleştirdi.

Japonya'da ülkenin batı kısmı (Nagoya ve batı) 60 Hz, doğu kısmı (Tokyo ve doğu) 50 Hz kullanır. Bu, 1895'te Tokyo için kurulan AEG'den ve 1896'da Osaka'da kurulan General Electric'ten ilk jeneratör satın alımından kaynaklanmaktadır. İki bölge arasındaki sınır , frekansı dönüştüren arka arkaya dört HVDC trafo merkezi içerir; bunlar Shin Shinano , Sakuma Barajı , Minami-Fukumitsu ve Higashi-Shimizu Frekans Dönüştürücüdür .

1897 yılında Kuzey Amerika'da Fayda frekansları

Hz. Açıklama
140 Ahşap ark aydınlatma dinamo
133 Stanley-Kelly Şirketi
125 General Electric tek fazlı
66.7 Stanley-Kelly Şirketi
62.5 General Electric "monosiklik"
60 1897'de "giderek yaygınlaşan" birçok üretici
58.3 General Electric Lachine Rapids
40 Genel elektrik
33 General Electric, döner konvertörler için Portland Oregon'da
27 Kalsiyum karbür fırınları için Crocker-Wheeler
25 Westinghouse Niagara Şelalesi 2 fazlı—motorları çalıştırmak için

Avrupa'da 1900'e kadar kullanım frekansları

Hz. Açıklama
133 Tek fazlı aydınlatma sistemleri, İngiltere ve Avrupa
125 Tek fazlı aydınlatma sistemi, İngiltere ve Avrupa
83.3 Tek fazlı, Ferranti UK, Deptford Power Station , Londra
70 Tek fazlı aydınlatma, Almanya 1891
65.3 BBC Bellinzona
60 Tek fazlı aydınlatma, Almanya, 1891, 1893
50 AEG, Oerlikon ve diğer üreticiler, nihai standart
48 BBC Kilwangen üreten istasyonu,
46 Roma, Cenevre 1900
45 13 Belediye elektrik santrali, Frankfurt am Main, 1893
42 Ganz müşterileri, ayrıca Almanya 1898
41 23 Ganz Şirketi, Macaristan
40 Lauffen am Neckar, hidroelektrik, 1891, 1925
38.6 BBC Arlen
33 13 St. James ve Soho Electric Light Co. Londra
25 Tek fazlı aydınlatma, Almanya 1897

20. yüzyılın ortalarına gelindiğinde bile, kullanım frekansları, günümüzde yaygın olan 50 Hz veya 60 Hz'de hala tamamen standardize edilmemişti. 1946'da, radyo ekipmanı tasarımcıları için bir referans kılavuzu, şu anda kullanılmayan aşağıdaki frekansları kullanımda olduğu gibi listeledi. Bu bölgelerin birçoğunda ayrıca 50-döngü, 60-döngü veya doğru akım kaynakları vardı.

1946'da kullanılan frekanslar (ayrıca 50 Hz ve 60 Hz)

Hz. bölge
25 Kanada (Güney Ontario), Panama Kanalı Bölgesi(*), Fransa, Almanya, İsveç, Birleşik Krallık, Çin, Hawaii, Hindistan, Mançurya
33 13 Lots Road Power istasyonu, Chelsea, Londra (DC'ye dönüştürüldükten sonra Londra Metrosu ve Troleybüsler için)
40 Jamaika, Belçika, İsviçre, Birleşik Krallık, Birleşik Malay Devletleri, Mısır, Batı Avustralya(*)
42 Çekoslovakya, Macaristan, İtalya, Monako(*), Portekiz, Romanya, Yugoslavya, Libya (Trablus)
43 Arjantin
45 İtalya, Libya (Trablus)
76 Cebelitarık(*)
100 Malta(*), İngiliz Doğu Afrika

Bölgeler (*) ile işaretlendiğinde, bu bölge için gösterilen tek kullanım sıklığıdır.

Demiryolları

Diğer güç frekansları hala kullanılmaktadır. Almanya, Avusturya, İsviçre, İsveç ve Norveç , demiryolları için çekiş gücü ağlarını kullanıyor ve 16'da tek fazlı AC dağıtıyor.+23  Hz veya 16,7 Hz. Avusturya Mariazell Demiryolu'nun yanı sıra Amtrak ve SEPTA'nın Amerika Birleşik Devletleri'ndeki cer gücü sistemleriiçin 25 Hz'lik bir frekans kullanılmaktadır. Diğer AC demiryolu sistemleri, yerel ticari güç frekansında, 50 Hz veya 60 Hz'de enerjilendirilir.

Çekiş gücü, frekans dönüştürücüler tarafından ticari güç kaynaklarından elde edilebilir veya bazı durumlarda özel çekiş güç istasyonları tarafından üretilebilir . 19. yüzyılda, komütatör motorlu elektrikli demiryollarının işletilmesi için 8 Hz kadar düşük frekanslar düşünülmüştür. Trenlerdeki bazı çıkışlar doğru voltajı taşır, ancak 16 gibi orijinal tren ağ frekansını kullanır.+23  Hz veya 16,7 Hz.

400 Hz

400 Hz'e kadar çıkan güç frekansları, uçaklarda, uzay araçlarında, denizaltılarda, bilgisayar gücü için sunucu odalarında , askeri teçhizatta ve el tipi makinelerde kullanılır. Bu tür yüksek frekanslar ekonomik olarak uzun mesafelere iletilemez; artan frekans, iletim hatlarının endüktansı nedeniyle seri empedansı büyük ölçüde artırır ve güç iletimini zorlaştırır. Sonuç olarak, 400 Hz güç sistemleri genellikle bir bina veya araçla sınırlıdır.

Örneğin transformatörler daha küçük yapılabilir çünkü aynı güç seviyesi için manyetik çekirdek çok daha küçük olabilir. Asenkron motorlar frekansla orantılı bir hızda dönerler, bu nedenle yüksek frekanslı bir güç kaynağı aynı motor hacmi ve kütlesi için daha fazla güç elde edilmesini sağlar. 400 Hz için transformatörler ve motorlar 50 veya 60 Hz'den çok daha küçük ve hafiftir, bu da uçaklarda ve gemilerde bir avantajdır. 400 Hz güçte uçak kullanımı için bir Birleşik Devletler askeri standardı MIL-STD-704 mevcuttur.

istikrar

Zaman hatası düzeltmesi (TEC)

Zaman işleyişinin doğruluğu için güç sistemi frekansının düzenlenmesi, Henry Warren'ın Warren Power Station Master Clock'u ve kendi kendine çalışan senkron motoru icat etmesiyle 1916'ya kadar olağan değildi . Tesla, 1893 Chicago Worlds fuarında hat frekansı ile senkronize edilmiş saat kavramını gösterdi . Hammond Organ ayrıca, böylece güç hattı frekansı istikrara dayalı, tüm notları zifiri mükemmel tutarak iç "sesi tekerlek" jeneratörün doğru hızını korumak için senkron AC saat motora bağlıdır.

Bugün, AC güç şebekesi operatörleri günlük ortalama frekansı düzenler, böylece saatler doğru zamanın birkaç saniyesinde kalır. Pratikte, senkronizasyonu sürdürmek için nominal frekans belirli bir yüzde ile yükseltilir veya düşürülür. Bir gün boyunca, ortalama frekans, milyonda birkaç yüz parça içinde nominal değerde tutulur. In Kıta Avrupası senkron ızgara , ağ faz süresi ve arasındaki sapma UTC (dayalı Uluslararası Atom Zamanda ) bir kontrol merkezinde her gün 08:00 hesaplanır İsviçre . Hedef frekans daha sonra tam olarak 50 Hz × 60 s / dak × 60 dak/ s × 24 sa/ d' lik uzun vadeli bir frekans ortalamasını sağlamak için gerektiğinde 50 Hz'den ±0.01 Hz'ye (±%0.02) kadar ayarlanır  =Günde 4 320 000 döngü. Olarak Kuzey Amerika hata doğu için 10 saniye, Teksas 3 saniye ya da Batı 2 saniye aştığı zaman, ± 0.02 Hz (0.033%) bir düzeltme uygulanır. Zaman hatası düzeltmeleri saatte veya yarım saatte başlar ve biter. Kuzey Amerika'da TEC'yi kaldırmaya yönelik çabalar elektrikli saatle anlatılmaktadır .

Birleşik Krallık'ta elektrik üretimi için gerçek zamanlı frekans ölçerler çevrimiçi olarak mevcuttur - resmi bir Ulusal Şebeke ve Dynamic Demand tarafından sağlanan resmi olmayan bir. Gerçek zamanlı frekans veri Kıta Avrupası senkron ızgara gibi web sitelerinde kullanılabilir www .mainsfrequency .com ve gridfrequency .eu . Ağ (F NET) İzleme sıklığı en Tennessee Üniversitesi , hem de dünyanın diğer bazı bölgelerinde Kuzey Amerika güç ızgara içinde bağlantıların sıklığını ölçer. Bu ölçümler FNET web sitesinde görüntülenir.

ABD düzenlemeleri

In ABD Federal Enerji Düzenleme Komisyonu 2011 yılında 2009 yılında zorunlu zaman hata düzeltme yapılmış, Kuzey Amerika Elektrik Güvenilirlik Kurumu (NERC) uzun vadeli azaltacaktır elektrik şebekelerine için frekans ayarı gereksinimlerini rahatlamak kurulması önerilen deney tartışıldı 60 Hz ızgara frekansını zaman tabanı olarak kullanan saatlerin ve diğer cihazların doğruluğu.

Frekans ve yük

Doğru frekans kontrolünün birincil nedeni, ağ üzerinden birden fazla jeneratörden gelen alternatif akım gücünün akışının kontrol edilmesine izin vermektir. Sistem frekansındaki eğilim, talep ve üretim arasındaki uyumsuzluğun bir ölçüsüdür ve birbirine bağlı sistemlerde yük kontrolü için gerekli bir parametredir.

Sistemin frekansı, yük ve üretim değiştikçe değişecektir. Herhangi bir senkron jeneratöre mekanik giriş gücünün arttırılması, genel sistem frekansını büyük ölçüde etkilemeyecek, ancak o birimden daha fazla elektrik gücü üretecektir. Jeneratörlerin veya iletim hatlarının açılması veya arızalanmasından kaynaklanan ciddi bir aşırı yük sırasında, yük ile üretim arasındaki dengesizlik nedeniyle güç sistemi frekansı düşecektir. Güç aktarılırken (sistemin toplam üretimine göre) bir ara bağlantı kaybı, sistem frekansının kaybın yukarı yönünde artmasına neden olur, ancak üretim artık tüketime ayak uyduramadığından kaybın aşağı yönünde bir çökmeye neden olabilir. Otomatik üretim kontrolü (AGC), programlanmış frekansı korumak ve güç akışlarını değiştirmek için kullanılır. Güç istasyonlarındaki kontrol sistemleri, ağ genelindeki frekanstaki değişiklikleri algılar ve jeneratörlere mekanik güç girişini hedef frekanslarına geri ayarlar. Bu karşı koyma, ilgili büyük dönen kütleler nedeniyle genellikle birkaç on saniye sürer (her ne kadar büyük kütleler ilk etapta kısa vadeli bozulmaların büyüklüğünü sınırlamaya hizmet etse de). Geçici frekans değişiklikleri, değişen talebin kaçınılmaz bir sonucudur. Olağanüstü veya hızla değişen şebeke frekansı, genellikle bir elektrik dağıtım şebekesinin kapasite sınırlarının yakınında çalıştığının bir işaretidir ve dramatik örnekleri bazen büyük kesintilerden kısa bir süre önce gözlemlenebilir. Güneş çiftlikleri de dahil olmak üzere büyük üretim istasyonları , ortalama çıktılarını azaltabilir ve şebeke düzenlemesini sağlamaya yardımcı olmak için işletme yükü ile maksimum kapasite arasındaki boşluğu kullanabilir; Solar inverterlerin tepkisi jeneratörlerden daha hızlıdır çünkü dönen kütleleri yoktur. Güneş ve rüzgar gibi değişken kaynaklar, geleneksel üretimin ve sağladıkları ataletin yerini aldıkça, algoritmalar daha karmaşık hale gelmek zorunda kaldı. Piller gibi enerji depolama sistemleri de düzenleyici rolünü genişleyen bir dereceye kadar yerine getiriyor.

Güç sistemi ağındaki frekans koruyucu röleler , frekansın düşüşünü algılar ve ağın en azından bir kısmının çalışmasını korumak için otomatik olarak yük atma veya ara bağlantı hatlarının açılmasını başlatır . Küçük frekans sapmaları (örneğin, 50 Hz veya 60 Hz ağda 0,5 Hz), sistem frekansını geri yüklemek için otomatik yük atma veya diğer kontrol eylemleriyle sonuçlanacaktır.

Pek çok jeneratör ve yük ile kapsamlı bir şekilde birbirine bağlı olmayan daha küçük güç sistemleri, frekansı aynı doğruluk derecesinde muhafaza etmeyecektir. Ağır yük dönemlerinde sistem frekansının sıkı bir şekilde düzenlenmediği durumlarda, sistem operatörleri, kabul edilebilir doğrulukta günlük ortalama frekansı korumak için hafif yük dönemlerinde sistem frekansının artmasına izin verebilir. Bir şebeke sistemine bağlı olmayan portatif jeneratörlerin frekanslarını sıkı bir şekilde düzenlemeleri gerekmez, çünkü tipik yükler küçük frekans sapmalarına karşı duyarsızdır.

Yük frekansı kontrolü

Yük frekansı kontrolü (LFC), yükte bir değişiklikten önce sistem frekansını ve bitişik alanlara giden güç akışlarını değerlerine geri döndüren bir tür entegre kontroldür . Bir sistemin farklı alanları arasındaki güç aktarımı "net bağlantı hattı gücü" olarak bilinir.

LFC için genel kontrol algoritması , 1971'de Nathan Cohn tarafından geliştirilmiştir . Algoritma, net bağlantı hattı güç hatasının toplamı ve frekans hatası ile frekans hatasının çarpımı olan alan kontrol hatası (ACE) terimini tanımlamayı içerir. sabit. Alan kontrol hatası sıfıra düşürüldüğünde, kontrol algoritması frekans ve bağlantı hattı güç hatalarını sıfıra döndürmüştür.

Sesli gürültü ve parazit

AC gücüyle çalışan cihazlar, kullandıkları AC gücünün frekanslarının katlarında , genellikle " şebeke uğultusu " olarak adlandırılan karakteristik bir uğultu yayabilir (bkz. Manyetostriksiyon ). Genellikle manyetik alan ile zamanla titreşen motor ve transformatör göbek laminasyonları ile üretilir. Bu uğultu, güç kaynağı filtresinin veya bir amplifikatörün sinyal korumasının yeterli olmadığı ses sistemlerinde de görünebilir.

50 Hz güç uğultu
60 Hz güç uğultu
400 Hz güç uğultu

Çoğu ülke, televizyon dikey senkronizasyon oranını yerel şebeke besleme frekansıyla aynı olacak şekilde seçmiştir . Bu, güç hattı vızıltısının ve manyetik parazitin, özellikle ana trafodan gelen eski analog TV alıcılarının görüntülenen resminde görünür vuruş frekanslarına neden olmasını önlemeye yardımcı oldu. Görüntüde bir miktar bozulma olmasına rağmen, sabit olduğu için çoğunlukla fark edilmedi. AC/DC alıcıların kullanımıyla transformatörlerin ortadan kaldırılması ve set tasarımındaki diğer değişiklikler, etkinin en aza indirilmesine yardımcı oldu ve bazı ülkeler artık besleme frekansına yaklaşık bir dikey hız kullanıyor (en önemlisi 60 Hz alanlar).

Bu yan etkinin bir başka kullanımı da adli bir araç olarak kullanılmasıdır. Bir AC cihazının veya prizin yakınında sesi yakalayan bir kayıt yapıldığında, uğultu da tesadüfen kaydedilir. Vızıltı zirveleri her AC döngüsünde (50 Hz AC için her 20 ms'de bir veya 60 Hz AC için her 16,67 ms'de bir) tekrar eder. Vızıltı tam frekansı, kaydın yapıldığı iddia edilen tam tarih ve saatte vızıltı adli tıp kaydının frekansıyla eşleşmelidir. Frekans eşleşmesindeki süreksizlikler veya hiç eşleşme olmaması kaydın gerçekliğini ele verir.

Ayrıca bakınız

daha fazla okuma

  • Furfari, FA, Güç Hattı Frekanslarının Evrimi 133+13 ila 25 Hz, Industry Applications Magazine, IEEE, Eylül/Ekim 2000, Cilt 6, Sayı 5, Sayfa 12–14, ISSN 1077-2618.
  • Rushmore, DB, Frekans , AIEE İşlemleri, Cilt 31, 1912, sayfa 955-983 ve sayfa 974-978'deki tartışma.
  • Blalock, Thomas J., Bir Büyük Çelik Fabrikasının Elektrifikasyonu – 25 Hz Sistemin Bölüm II Geliştirmesi , Industry Applications Magazine, IEEE, Eylül/Ekim 2005, Sayfa 9–12, ISSN  1077-2618 .

Referanslar