¿Por qué las empresas de servicios públicos suministran a una frecuencia de 50/60 Hz?

60 Hz fue el resultado de intercambios de ingeniería, creo que los hizo Nicolai Tesla o los influyó en ellos. Él fue uno de los primeros defensores de la distribución de AC, como se le atribuyó a Edison que quería distribuir DC. La compensación tuvo que ver con el tamaño de las máquinas y los transformadores necesarios, que se reducen con mayor frecuencia y algunas pérdidas, que aumentan con la frecuencia. Recuerdo haber leído que un estudio cuidadoso tomó la decisión de elegir 60 Hz.

50 Hz, por otro lado, se debió al marketing. Hubo un fabricante alemán de equipos de red eléctrica que quería distinguirse y logró obtener 50 Hz como estándar en Alemania y en gran parte de Europa. Esto significaba que no tenían que competir con el equipo estadounidense de 60 Hz. El resto del mundo terminó con 60 o 50 Hz dependiendo de a quién le compraron sus equipos y si estaban más vinculados económicamente a Europa o los Estados Unidos. Desde que Rusia adoptó el estándar europeo de 50 Hz, el bloque soviético se convirtió en un país de 50 Hz.

Esto se parece a lo que estás buscando:

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En los primeros días de la electrificación, se utilizaron tantas frecuencias que no prevaleció ningún valor (Londres en 1918 tenía 10 frecuencias diferentes). A medida que continuaba el siglo XX, se producía más potencia a 60 Hz (América del Norte) o 50 Hz (Europa y la mayor parte de Asia). La estandarización permitió el comercio internacional de equipos eléctricos. Mucho más tarde, el uso de frecuencias estándar permitió la interconexión de las redes eléctricas. No fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial con el advenimiento de los bienes de consumo eléctrico asequibles que se promulgaron normas más uniformes.

     

En Gran Bretaña, se declaró una frecuencia estándar de 50 Hz desde 1904, pero el desarrollo significativo continuó en otras frecuencias. [10] La implementación de National Grid a partir de 1926 obligó a la estandarización de frecuencias entre los muchos proveedores de servicios eléctricos interconectados. El estándar de 50 Hz se estableció completamente solo después de la Segunda Guerra Mundial.

     

Hacia 1900, los fabricantes europeos se habían estandarizado en su mayoría a 50 Hz para nuevas instalaciones. El VDE alemán en el primer estándar para máquinas eléctricas y transformadores en 1902 recomendaba 25 Hz y 50 Hz como frecuencias estándar. VDE no vio mucha aplicación de 25 Hz, y la eliminó de la edición de 1914 del estándar. Las instalaciones remanentes en otras frecuencias persistieron hasta mucho después de la Segunda Guerra Mundial. [9]

Además de la columna Edward L Owen de 1997 que Rasmus Faber cita, hay otra buena artículo aquí: "Orígenes técnicos de 60 Hz como la frecuencia de CA estándar en América del Norte" IEEE Power Engineering Review, marzo de 1999, Paul Nixon, pág. 35-37. El artículo completo está detrás de un muro de pago, pero publican la primera página como una imagen png, a la que voy a vincular a continuación.

La sección particularmente interesante aquí es:

  

A fines de 1889 y principios de 1890, los alternadores de acoplamiento directo entraron en la etapa experimental. Estas máquinas demostrarían ser mucho más confiables que los generadores accionados por correa, pero funcionarían a velocidades mucho más bajas. La necesidad de frecuencias de operación de CA más bajas [que 133.3Hz] fue evidente, impulsada nuevamente por restricciones de construcción y mecánicas. Por ejemplo, un alternador accionado directamente por un motor de 100 rpm debe requerir 160 polos para obtener una frecuencia de 133 1/3 Hz. Este tipo de construcción fue vista como prohibitiva. Alrededor de este tiempo, Westinghouse Co. realizó un estudio de ingeniería que consideró las características eléctricas de funcionamiento con respecto a los componentes del sistema del tiempo y las posibles restricciones de construcción del generador impulsado por el motor, y recomendó que 7,200 alternaciones por minuto (60 Hz a 2 polos) fueran tan altas una frecuencia como sería deseable para las velocidades del motor que se podrían alcanzar. 60Hz fue en realidad un compromiso cuidadosamente seleccionado. Se pensó que las frecuencias más altas serían mejores para los transformadores que existían en ese momento, mientras que las frecuencias más bajas podrían ser mejores para los generadores de tipo motor. 60 Hz apareció por primera vez comercialmente en 1890. Los primeros sistemas de 60 Hz, como los sistemas de CA anteriores (140, 133 1/3, 125 Hz), eran todos monofásicos.

     

Para 1892, existía una gran cantidad de estaciones centrales de 60 Hz diseñadas por Westinghouse, y 60Hz se había hecho cargo de una parte del negocio de CA de las frecuencias más altas.

1 http://ieeexplore.ieee.org/xploreAssets/images/absImages/01036103.png

Básicamente, tenemos compensaciones (los transformadores son mejores en las frecuencias altas en comparación con las máquinas eléctricas en las frecuencias bajas, lo que en gran parte sigue siendo cierto en la actualidad), lo que lleva a un compromiso algo arbitrario, y luego los efectos de red solidifican las opciones.

El artículo de Owen también menciona que el sur de California fue de 50Hz hasta que la conversión a 60Hz se completó en 1948. Japón aún tiene la mitad de 50Hz y 60Hz: Owen afirma que "En 1895, AEG vendió un generador de 50 Hz a la compañía eléctrica en Tokio. y la mitad oriental de Japón se colocó en la ruta de 50 Hz. Poco más de un año después, GE vendió un generador de 60Hz a la compañía eléctrica en Osaka, y la mitad occidental de Japón se colocó en la ruta de 60 Hz ". Al final, parece que se trata principalmente de efectos de inercia / red, es demasiado doloroso cambiar grandes proyectos de infraestructura.

De Los orígenes de 60-Hz como una frecuencia de potencia (industria IEEE Applications Magazine, diciembre de 1997, columna "Historia" por Edward L. Owen ):

  

"la elección fue entre 50 y 60 Hz, y   Ambos eran igualmente adecuados para las necesidades.   Cuando todos los factores fueron considerados, hay   No fue una razón convincente para seleccionar cualquiera   frecuencia. Finalmente, la decisión.   Fue hecho para estandarizar en 60 Hz, ya que   se pensó que era menos probable que produjera un parpadeo de luz molesto ".

Creo que después de que Tesla ganara la pelea de AC / DC con Edison, ganó mucha influencia y más o menos dictó la frecuencia de 60Hz en los Estados Unidos. También había inventado el tubo fluorescente en ese momento y el tiempo de descomposición del fósforo era probablemente más corto en ese momento y tenía más parpadeo a 50 Hz, lo que emite luz a 2 veces esta velocidad.

El VDE alemán dominó los estándares a principios de 1900 y Europa se estandarizó a 50 Hz después de la Segunda Guerra Mundial, como dijo Matt ayer.

Hay otro sistema para el transporte de la red eléctrica. Se llama HVDC. Desafortunadamente, dado que los requisitos de computabilidad hacia atrás son lo que son, la frecuencia estándar es tan sólida como Rubidium para uso futuro. Por lo tanto, utilizan enormes inversores de tubo de vacío para revertir a CA después de una distribución de largo recorrido.

Otro ejemplo, son los generadores de frecuencia variable en los trenes Diesel solo para almacenar en baterías, de modo que los motores de tracción de CC puedan funcionar con las baterías. Esta es la forma económica más eficiente, porque no se vincula a 50 o 60 Hz.

Los rusos y amp; otros han experimentado con MagnetoHydroDynamic (MHD) generadores con sin partes móviles y campos > 1 T.

En algunos casos, estos generadores funcionan en el rango de 4-6 kHz.

Si supieran cómo distribuir HVDC en la época de Edison, Tesla habría perdido la batalla que ganó basándose en la mejora en la eficiencia del aumento y la reducción de los costos de distribución, la confiabilidad de los motores de inducción sobre el tipo de cepillo DC y otros. razones.

La "frecuencia de actualización" del ojo humano, en sí misma, es aproximadamente de 60 hz. Este fue un factor determinante en la selección de frecuencia de la generación de energía; Está diseñado para ser lo más bajo posible de la frecuencia posible, y por lo tanto terminó alrededor de los 60 hz (50 en varias partes del mundo).

imagínese que hace 100 años, el generador de turbina de mayor potencia que puede obtener es de 250 RPM con 8 o 16 polos 3 fases trifásicas y si lo hace funcionar demasiado rápido, resuena y es demasiado lento e ineficiente. luego decide transmitir con AC en lugar de DC y termina con 25 Hz, luego 50 Hz en un país mientras piensa, si usamos 60Hz, todos nuestros relojes serán más precisos.

Más tarde, IBM inventa un reloj magnético de sincronización automática que se introduce en cada aula para sincronizar cada hora porque utilizaron una potencia de 60Hz en lugar de 50 Hz hace mucho tiempo e inventaron los relojes. basado en 60 HZ, pero Europa dice a quién le importa, las turbinas son mejores a 250 RPM y no podemos permitirnos cambiar a todos en Europa si queremos compartir el poder. Además, si más de 1 persona tiene que estar de acuerdo, nunca hace la misma respuesta global perfecta.

No sé la respuesta exacta, pero puedo imaginar una basada en la historia y la probabilidad de problemas de costos electromecánicos de máquinas grandes

y si desea compartir la alimentación de ida y vuelta en una red de CA ... tiene que estar sincronizado con 1 en 10 ^ 15 de error de potencia y cero, que es más difícil de lo que parece ... así que hay diferencias regionales basado en muchas razones ... Algunas formas de compartir la red eléctrica es CC de alto voltaje o usar motor-generador o usar inversores síncronos de HVDC con corrección de fase ...

La UE tiene 50 años, Norteamérica tiene 60 años, Japón es ambos y África tiene problemas de sincronización y muchas fallas de energía. Lo que le diga, sea lo que sea lo que decida, no lo cambie con aquellos a los que necesite venderle poder.

(MI hermano trabajó mucho en África y me dijo que una falla en el suministro de energía quemó todos los dispositivos de su casa, incluidos los motores de los refrigeradores y los suministros de computadoras portátiles. En la zona rural de Uganda ...