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Warum der Frequenzstandard von 50 Hertz in der Elektroindustrie gewählt wird
Warum wurden in der Energiewirtschaft bis heute für die Übertragung und Verteilung von Elektrizität überall Frequenzen von 50 und 60 Hz ausgewählt und bleiben akzeptiert? Hast du jemals darüber nachgedacht? Das ist aber keineswegs zufällig.
In den Ländern Europas und der GUS wird der Standard 220-240 Volt von 50 Hertz angewendet, in den nordamerikanischen Ländern und in den USA - 110-120 Volt von 60 Hz und in Brasilien 120, 127 und 220 Volt von 60 Hz. Übrigens kann es direkt in den USA in der Steckdose manchmal zu 57 oder 54 Hz kommen. Woher kommen diese Zahlen?
Wenden wir uns der Geschichte zu, um dieses Thema zu verstehen. In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts untersuchten Wissenschaftler aus vielen Ländern der Welt aktiv Elektrizität und suchten nach praktischen Anwendungen dafür. Thomas Edison erfand seine erste Glühbirne und führte damit die elektrische Beleuchtung ein. Die ersten Gleichstromkraftwerke wurden gebaut. Der Beginn der Elektrifizierung in den USA.
Die ersten Lampen waren Lichtbogenlampen, sie leuchteten mit einer im Freien brennenden elektrischen Entladung, die zwischen zwei Kohlenstoffelektroden gezündet wurde. Die damaligen Experimentatoren stellten schnell fest, dass der Lichtbogen bei 45 Volt stabiler wurde. Für eine sichere Zündung wurde jedoch ein Widerstandsballast in Reihe mit der Lampe geschaltet, auf die während des Betriebs der Lampe etwa 20 Volt fielen.
So wurde lange Zeit eine konstante Spannung von 65 Volt angelegt. Dann wurde es auf 110 Volt erhöht, so dass zwei Bogenlampen gleichzeitig an das Netzwerk angeschlossen werden konnten.
Edison war ein fanatischer Befürworter von Gleichstromsystemen, und die Gleichstromgeneratoren von Edison arbeiteten anfangs so und versorgten Verbrauchernetzwerke mit 110 Volt Gleichstrom.
Die Gleichstromtechnologie von Edison war jedoch sehr, sehr kostspielig und wirtschaftlich unrentabel: Es mussten viele dicke Drähte verlegt werden, und die Übertragung vom Kraftwerk zum Verbraucher überschritt nicht eine Entfernung von mehreren hundert Metern, da die Übertragungsverluste enorm waren.
Später wurde ein Dreileiter-220-Volt-Gleichstromsystem eingeführt (zwei parallele Leitungen mit jeweils 110 Volt), aber die Situation hinsichtlich der Effizienz einer solchen Übertragung verbesserte sich nicht wesentlich.
Später Nikola Tesla Er entwickelte seine eigenen, völlig innovativen Lichtmaschinen und führte ein kostengünstiges System zur Übertragung von Elektrizität bei hohen Spannungen von mehreren tausend Volt ein. Elektrizität konnte Tausende von Metern übertragen werden, wobei die Übertragungsverluste um das Zehnfache verringert wurden. Edisons Gleichstrom konnte der Konkurrenz mit Teslas Wechselstrom nicht standhalten.
Transformatoren auf Eisen senkten die Hochspannung in jeder der drei Phasen auf 127 Volt und versorgten den Verbraucher in Form von Wechselstrom. Während des Betriebs von Lichtmaschinen, die von Dampf oder fallendem Wasser angetrieben werden, drehten sich ihre Rotoren mit einer Frequenz von 3000 U / min und noch mehr.
Dadurch konnten die Lampen nicht flackern, Asynchronmotoren konnten normal arbeiten und den Nenndrehzahlen standhalten, und Transformatoren konnten Elektrizität umwandeln, die Spannung erhöhen und verringern.
In der UdSSR blieb die Spannung der Netze bis in die 60er Jahre auf dem Niveau von 127 Volt, und mit dem Wachstum der Produktionskapazitäten wurde sie auf 220 Volt erhöht, mit denen wir heute vertraut sind.
Dolivo-Dobrovolsky schlug wie Tesla, der die Möglichkeiten des Wechselstroms untersuchte, die Verwendung eines Sinusstroms für die Übertragung elektrischer Energie vor und schlug vor, die Frequenz im Bereich von 30 bis 40 Hertz einzustellen. Später kamen sie in der UdSSR auf 50 Hertz und in den USA auf 60 Hertz zusammen. Diese Frequenzen waren optimal für Wechselstromgeräte, die in vielen Fabriken arbeiteten.
Die Rotationsfrequenz eines bipolaren Wechselstromgenerators beträgt 3000 oder maximal 3600 Umdrehungen pro Minute und gibt während der Erzeugung nur die Frequenzen von 50 und 60 Hz an. Für den normalen Betrieb des Generators sollte die Frequenz mindestens 50-60 Hz betragen. Industrielle Transformatoren wandeln leicht Wechselstrom einer bestimmten Frequenz um.
Heute ist es prinzipiell möglich, die Frequenz der elektrischen Energieübertragung auf viele Kilohertz zu erhöhen und damit Leitermaterialien in Stromübertragungsleitungen einzusparen. Die Infrastruktur bleibt jedoch speziell für eine aktuelle Frequenz von 50 Hz angepasst. Sie wurde ursprünglich weltweit so konzipiert, dass Generatoren in Kernkraftwerken mit derselben rotieren Bei einer Drehzahl von 3000 U / min haben sie immer noch das gleiche Polpaar. Daher ist die Änderung von Stromerzeugungs-, -übertragungs- und -verteilungssystemen eine Frage der fernen Zukunft. Deshalb bleiben 220 Volt von 50 Hertz bisher unser Standard.
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