Điện mà chúng ta sử dụng trong nhà được sản xuất và cung cấp bởi các máy phát điện khổng lồ bên trong các trạm phát điện. Máy phát điện tạo ra điện có xếp hạng phụ thuộc vào các thông số khác nhau và tần số (chẳng hạn như 50 Hz hoặc 60 Hz) là một trong số đó.
Trước đây, tần số của hệ thống điện không cố định và nằm trong khoảng từ 87Hz đến 133Hz. Do sóng hài trong hệ thống điện được tạo ra bởi dải tần số đó, sau đó, tần số được hạ xuống 50 Hz do có hiệu ứng nhấp nháy trong đèn ở tần số 40 Hz. Vương quốc Anh và Châu Âu đã sử dụng 50Hz trong khi Canada và Mỹ sử dụng hệ thống điện 60Hz . Các quốc gia khác trên khắp thế giới đã áp dụng tiêu chuẩn của Mỹ hoặc Châu Âu.
Cả hai hệ thống điện này đều hoạt động dễ dàng. Máy móc hoặc thiết bị được thiết kế cho các tần số cụ thể để có hiệu suất mong muốn. Tuy nhiên, nếu bạn chạy cùng một máy trên một hệ thống tần số khác, bạn sẽ quan sát thấy một số khác biệt về hiệu suất của nó.
Tần số là gì?
Tần số là số chu kỳ hoặc số vòng quay trong một giây. Đơn vị của nó là Hertz Hz, được đặt theo tên của nhà vật lý người Đức Heinrich Rudolf Hertz.
Như chúng ta đã biết, điện áp xoay chiều dao động giữa các giá trị dương và âm của nó tạo thành một chu kỳ. Vì vậy, tần số của hệ thống điện đại diện cho số chu kỳ điện áp hoặc dòng điện mỗi giây.
Hệ thống điện 50 Hz
Hệ thống điện 50 Hz có 230 V trên hai cực của nó trong khi điện áp hoàn thành 50 chu kỳ trong một giây hoặc dòng điện đổi hướng 50 lần trong một giây. Nó được tiêu chuẩn hóa bởi các nước châu Âu và sau đó cũng được các nước khác áp dụng.
Công ty AEG của Đức đã chuẩn hóa tần số 50 Hz cho 220 đến 230V. Phần còn lại của các công ty châu Âu chọn không sử dụng 50Hz thay vì 60Hz vì nó dễ phù hợp và sử dụng với hệ thống số liệu.
Hệ thống điện 60 Hz
Hệ thống điện 60 Hz có 110/120 hoặc 240 volt trên hai thiết bị đầu cuối được người Mỹ áp dụng. Điện áp hoàn thành 60 chu kỳ trong một giây hoặc dòng điện đổi chiều 60 lần trong một giây.
Hệ thống điện 50 Hz
Hệ thống điện 50 Hz có 230 V trên hai cực của nó trong khi điện áp hoàn thành 50 chu kỳ trong một giây hoặc dòng điện đổi hướng 50 lần trong một giây. Nó được tiêu chuẩn hóa bởi các nước châu Âu và sau đó cũng được các nước khác áp dụng.
Công ty AEG của Đức đã chuẩn hóa tần số 50 Hz cho 220 đến 230V. Phần còn lại của các công ty châu Âu chọn không sử dụng 50Hz thay vì 60Hz vì nó dễ phù hợp và sử dụng với hệ thống số liệu.
Hệ thống điện 60 Hz
Hệ thống điện 60 Hz có 110/120 hoặc 240 volt trên hai thiết bị đầu cuối được người Mỹ áp dụng. Điện áp hoàn thành 60 chu kỳ trong một giây hoặc dòng điện đổi chiều 60 lần trong một giây.
Sự khác biệt giữa Hệ thống điện 50 Hz và 60 Hz
Có một số khác biệt giữa hệ thống điện 50 Hz và 60 Hz.
Sự khác biệt rõ ràng là sự khác biệt về tần số. Tần số 60 Hz lớn hơn 20 % so với tần số 50 Hz. Sự khác biệt 20% này đóng một sự khác biệt rất lớn đối với một thiết bị.
Tốc độ
Để phát điện, tua-bin máy phát cần quay với tốc độ nhất định để tạo ra tần số mong muốn. Tần số của máy phát điện được cho bởi
f = PN ÷ 120
Trong đó 'P' là số cực và 'N' là tốc độ tính bằng RPM.
Đối với máy phát điện xoay chiều 2 cực, tốc độ phải là 3000 RPM để có đầu ra 50 Hz so với 3600 RPM đối với đầu ra 60 Hz. Trong khi đối với máy phát điện xoay chiều 4 cực, cần có tốc độ 1500 vòng/phút cho đầu ra 50 Hz trong khi tốc độ 1800 vòng/phút là cần thiết cho đầu ra 60 Hz. Có thể nói máy phát điện phải được quay ở tốc độ cao hơn 20% cho 60Hz so với 50Hz.
Tương tự, trong động cơ, tốc độ hoặc RPM (vòng quay mỗi phút) chủ yếu phụ thuộc vào tần số và nó tỷ lệ thuận với nó. Tốc độ của động cơ sẽ tăng lên khi tần số tăng theo công thức.
N = 120 f ÷ P
Một động cơ sẽ có tốc độ cao hơn 20 % trên nguồn điện 60 Hz so với nguồn điện 50 Hz.
Làm mát
Việc làm mát máy phụ thuộc vào tốc độ của nó. Nó là tỷ lệ thuận. Trong khi tốc độ thay đổi trực tiếp với tần số. Do đó, chúng ta có thể nói rằng khả năng làm mát của máy ở 50 Hz tốt hơn ở 60 Hz.
Mô-men xoắn
Mô-men xoắn của máy chủ yếu phụ thuộc vào dòng điện. Vì dòng điện phụ thuộc vào điện áp đặt vào và hệ thống 50 Hz có 220 Vôn trong khi hệ thống 60 Hz có 110 Vôn. Do đó, mô-men xoắn ở 50 Hz lớn hơn so với 60 Hz.
Tuổi thọ Vòng bi
Tuổi thọ của vòng bi phụ thuộc vào tốc độ của động cơ. Nó tỷ lệ nghịch với tốc độ. Vì tốc độ tỷ lệ thuận với tần số nên tuổi thọ của vòng bi giảm khi tần số tăng. Do đó, chúng ta có thể nói rằng tuổi thọ của vòng bi thấp hơn ở 60 Hz so với 50 Hz.
Kích thước của máy
Kích thước của máy được giảm đáng kể với sự gia tăng tần số. Do đó máy ở tần số 50 Hz phải lớn hơn so với máy ở tần số 60 Hz.
Hệ số công suất
Hệ số công suất phụ thuộc vào công suất biểu kiến và công suất phản kháng. Vì công suất phụ thuộc vào trở kháng và trở kháng thay đổi rất nhiều khi tần số thay đổi. Do đó tăng tần số có thể làm giảm hệ số công suất.
Điện kháng của cuộn dây thay đổi theo tần số. Do đó, hệ thống điện 50 Hz có hệ số công suất cao hơn một chút so với 60 Hz cho cùng một máy.
Tổn thất điện năng
Tổn thất điện năng cũng thay đổi theo sự thay đổi tần số. Tổn thất điện năng có thể là tổn thất điện năng không đổi và thay đổi.
Tổn thất công suất không đổi
Tổn thất công suất không đổi là tổn thất dòng điện xoáy và tổn thất trễ. Cả hai đều tỷ lệ thuận với tần số.
Tổn hao dòng xoáy tỷ lệ thuận với bình phương tần số. Trong khi tổn thất trễ tỷ lệ thuận với tần số như được đưa ra bởi phương trình dưới đây.
P Xoáy = k e B 2 f 2 t 2 V
P Hys = ηB max 1,6 f V
Do đó, việc giảm tần số của hệ thống điện giúp giảm tổn thất điện năng liên tục và cải thiện mức tiêu thụ năng lượng của máy.
Tổn thất công suất thay đổi
Tổn thất công suất thay đổi bao gồm tổn thất đồng hoặc tổn thất I 2 Z. Nó phụ thuộc vào dòng điện cũng như trở kháng. Trong khi trở kháng phụ thuộc vào tần số. Suất điện động tự cảm của cuộn dây tỉ lệ thuận với tần số. Do đó, tổng trở tỷ lệ thuận với tần số.
Do đó, tổn thất công suất thay đổi giảm khi tần số giảm.
Tiếng ồn
Tiếng ồn tăng theo tần số. Do đó, tiếng vo vo ở 60 Hz lớn hơn ở 50 Hz.
Kích thước dây dẫn
Kích thước của dây dẫn chủ yếu phụ thuộc vào lượng dòng điện và tần số. Dòng điện xoay chiều có xu hướng đọng lại trên bề mặt vật dẫn được gọi là hiệu ứng da. Trong khi đó độ sâu của da là khoảng cách bên dưới bề mặt mà mật độ dòng điện trở thành bằng không.
Độ sâu của da tỷ lệ nghịch với tần số. Khi tần số tăng, diện tích hiệu dụng của dây dẫn giảm và tổng trở của dây dẫn giảm. Do đó phải tăng kích thước dây dẫn để giảm trở kháng.
Mặt khác, hệ thống điện 60 Hz (tần số cao hơn) có điện áp thấp hơn 110/120 vôn làm tăng dòng điện cung cấp cho tải. Do đó, để xử lý dòng điện lớn, kích thước của dây dẫn phải được tăng lên.
Tổn thất do corona
Tổn thất corona xảy ra do sự ion hóa không khí xung quanh đường dây điện cao thế. Nó tạo ra âm thanh rít với ánh sáng tím tạo ra ozone. Năng lượng bị tiêu tán do hiệu ứng hồ quang.
Tổn thất corona tỷ lệ thuận với tần số. Do đó, hệ thống điện 50 Hz có tổn thất corona thấp hơn so với hệ thống điện 60 Hz.
Chi phí cách điện
Độ cách điện cần thiết cho dây dẫn tăng khi tần số tăng. Do đó, chi phí cách điện tăng khi tần số tăng.
Hiệu suất máy
Hiệu suất của máy phụ thuộc vào mức tổn thất điện năng trong hệ thống. Hệ thống hiệu suất cao nhất có tổn thất điện năng thấp nhất với mức tiêu thụ năng lượng thấp. Tuy nhiên, chúng ta biết rằng tổn thất điện năng tỷ lệ thuận với tần số.
Do đó, chúng ta có thể nói rằng
hiệu suất của máy giảm khi tần số tăng.
So sánh giữa hệ thống tần số
50Hz và 60Hz
Bảng dưới đây thể hiện sự so
sánh giữa tần số 60Hz và 50Hz trong hệ thống điện.
|
đặc trưng |
Hệ thống điện 50 Hz |
Hệ thống điện 60 Hz |
|
Tốc độ |
Máy có tốc độ thấp hơn ở 50 Hz so với 60 Hz. |
Máy có tốc độ cao hơn ở 60 Hz. |
|
mô-men xoắn |
Mô-men xoắn được tăng lên do điện áp cao hơn ở 50 Hz, tức là 220
volt. |
Mô-men xoắn bị giảm do điện áp thấp hơn ở 60 Hz, tức là 110
volt. |
|
Tuổi thọ |
Tuổi thọ vòng bi tăng ở tần số 50 Hz. |
Tuổi thọ vòng bi giảm ở 60 Hz so với 50 Hz. |
|
Kích thước của máy |
Kích thước của máy được tăng lên so với 60 Hz. |
Kích thước của máy giảm so với 50 Hz. |
|
Hệ số công suất |
Nó có hệ số công suất cao hơn so với 60 Hz. |
Nó có hệ số công suất thấp hơn so với 50 Hz. |
|
Tổn thất |
Các máy ở tần số 50 Hz có tổn thất điện năng thấp hơn so với 60
Hz. |
Tổn thất điện năng tăng theo tần số, do đó chúng cao hơn ở tần
số 60 Hz. |
|
Tổn thất do corona |
Nó có tổn thất corona thấp hơn. |
Nó có tổn thất corona cao hơn so với 50 Hz. |
|
Làm mát |
Nó có khả năng làm mát thấp hơn là 50 Hz. |
Nó có khả năng làm mát tương đối tốt hơn ở 60 Hz. |
|
Tiếng ồn |
Có một tiếng ồn tần số rất thấp. |
Tiếng ồn tần số cao hơn ở 60 Hz. |
|
Kích thước dây dẫn |
Kích thước của dây dẫn nhỏ hơn so với 60 Hz. |
Kích thước của dây dẫn cần thiết lớn hơn so với 50 Hz |
|
Chi phí cách điện |
Nó có chi phí cách điện thấp hơn so với 60 Hz. |
Nó có chi phí cách điện tương đối cao hơn. |
|
Hiệu Suất |
Nó có hiệu suất cao hơn so với 60 Hz. |
Nó có hiệu suất thấp hơn so với hệ thống điện 50 Hz. |
Nhận xét
Đăng nhận xét
Các bạn có câu hỏi gì, cứ mạnh dạn trao đổi nhé, baoduongcokhi sẵn sàng giải đáp trong khả năng của mình.