¿Por qué usar la frecuencia de 50/60 Hz y no otros valores superiores / inferiores?

Obtuve una interesante infografía del sitio web de iEE . Añadiéndolo aquí:

Wikipedia lo explica bastante bien en su artículo Frecuencia de la utilidad :

Se encontró que el motor de inducción funciona bien en frecuencias de alrededor de 50 a 60 Hz, pero con los materiales disponibles en la década de 1890 no funcionaría bien a una frecuencia de, por ejemplo, 133 Hz. Existe una relación fija entre el número de polos magnéticos en el campo del motor de inducción, la frecuencia de la corriente alterna y la velocidad de rotación; por lo tanto, una velocidad estándar dada limita la elección de la frecuencia (y lo contrario). Una vez que los motores eléctricos de CA se volvieron comunes, era importante estandarizar la frecuencia para la compatibilidad con el equipo del cliente.

Los generadores operados por motores alternativos de baja velocidad producirán frecuencias más bajas, para un número dado de polos, que los operados por, por ejemplo, una turbina de vapor de alta velocidad. Para velocidades de motor primario muy lentas, sería costoso construir un generador con suficientes polos para proporcionar una alta frecuencia de CA. Además, se encontró que sincronizar dos generadores a la misma velocidad es más fácil a velocidades más bajas.

En general, las frecuencias más bajas requieren más hierro. Es posible que desee pensar en esto como un almacén magnético de energía por ciclo: cuanto más corto sea cada ciclo, menos hierro se necesita. Dado que el peso es una consideración más importante en el diseño de las aeronaves que en el costo, se estandarizan en 400 Hz sistemas de CA.

Las frecuencias más bajas son mejores para la transmisión de potencia a larga distancia, ya que se reducen las pérdidas de potencia. DC, con una frecuencia de cero, es mejor aunque el paso hacia arriba y hacia abajo desde el alto voltaje es complejo.

Toda la ingeniería trata de encontrar la respuesta "peor peor" al problema 50/60 Hz es una buena compensación entre los factores anteriores.

No hay una frecuencia específica que sea mejor que otras en el rango de alrededor de 50/60 Hz, pero hay problemas cuando la frecuencia es mucho más baja o más alta.

La distribución de CA se basa en los transformadores y hay dos problemas con los transformadores que son notables: -

• Las frecuencias más bajas significan una mayor saturación del núcleo (pero menos pérdidas de corrientes de Foucault en los laminados)
• Las frecuencias más altas significan mayores pérdidas por corrientes de Foucault (pero menos pérdidas en el núcleo)

Entonces, se encuentra que, alrededor de 50 o 60 Hz, se cumple el mejor compromiso. A frecuencias más bajas, necesita más vueltas (o más hierro) para evitar campos H excesivos en los núcleos de los transformadores (o motores de inducción) que podrían causar la saturación. Más vueltas significa también más pérdidas de cobre.

En las frecuencias más altas, debe hacer que los laminados del núcleo sean más delgados para reducir las pérdidas por corrientes de Foucault y esto resulta poco práctico para aplicaciones de potencia a frecuencias de cientos de Hz. Además, a mayores frecuencias, la inductancia de fuga se convierte en un problema. Demasiada impedancia de fuga significa demasiada caída de voltios en condiciones de corriente de carga.

Para la transmisión real de cable / cable de la corriente, las frecuencias más altas significan progresivamente más efecto de piel y, por lo tanto, mayores pérdidas.

Es un compromiso entre varios factores en competencia.