交流電的頻率簡介

交流電的頻率是指它單位時間內(nèi)周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲（Hz），與周期成倒數(shù)關(guān)系。日常生活中的交流電的頻率一般為50Hz，而無線電技術(shù)中涉及的交流電頻率一般較大，達(dá)到千赫茲（KHz）甚至兆赫茲（MHz）的度量。

交流電頻率有效值

正余弦交流電的峰值與振幅相對應(yīng)，而有效值大小則由相同時間內(nèi)產(chǎn)生相當(dāng)焦耳熱的直流電的大小來等效。正余弦交流電峰值與有效值的關(guān)系為：

例如，城市生活用電220V表示的是有效值，而其峰值約為311V。

關(guān)于現(xiàn)代交流電應(yīng)用

中國通常使用的交流電，一般頻率是50Hz。

我們常見的電燈、電動機(jī)等用的電都是交流電。在實(shí)用中，交流電用符號“~”表示。

電流隨時間的變化規(guī)律，由此看出：正弦交流電三個要素：最大值（峰值）、周期（頻率或角頻率）和相位（初相位）。交流電所要討論的基本問題是電路中的電流、電壓關(guān)系以及功率（或能量）的分配問題。由于交流電具有隨時間變化的特點(diǎn)，因此產(chǎn)生了一系列區(qū)別于直流電路的特性。在交流電路中使用的元件不僅有電阻，而且有電容元件和電感元件，使用的元件多了，現(xiàn)象和規(guī)律就復(fù)雜了。但基本遵循安培定律等基本法則。是高中電學(xué)的考點(diǎn)和難點(diǎn)。

根據(jù)傅里葉級數(shù)的原理，周期函數(shù)都可以展開為以正弦函數(shù)、余弦函數(shù)組成的無窮級數(shù)，任何非簡諧的交流電也可以分解為一系列簡諧正余弦交流電的合成。

交流電的頻率周期

頻率是表示交流電隨時間變化快慢的物理量。即交流電每秒鐘變化的次數(shù)叫頻率，用符號f表示。它的單位為周/秒，也稱赫茲常用“Hz”表示，簡稱周或赫。例如市電是50周的交流電，其頻率即為f=50周/秒。對較高的頻率還可用千周（kC）和兆周（MC）作為頻率的單位。

1千周（kC）=103周/秒，1兆周（MC）=103千周（kC）=106周/秒

例如，我國第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)出的訊號頻率是20.009兆周，亦即它發(fā)出的是每秒鐘變化20.009×106次的交變訊號。交流電正弦電流的表示式中i=Asin（ωt+φ）中的ω稱為角頻率，它也是反映交流電隨時間變化的快慢的物理量。角頻率和頻率的關(guān)系為ω=2πf。

交流電隨時間變化的快慢還可以用周期這個物理量來描述。交流電變化一次所需要的時間叫周期，用符號T表示。周期的單位是秒。顯然，周期和頻率互為倒數(shù)，即

由此可見，交流電隨時間變化越快，其頻率f越高，周期 T越短；反之，頻率f越低，周期T越長。λ=c/f

交流電頻率監(jiān)測方法

一般可用頻率計、示波器、數(shù)字型萬用表（帶Hz檔）來測量頻率。

頻率計檢測頻率精度最高，量程最大，但功能單一，應(yīng)用較少。

示波器檢測頻率優(yōu)，但體積一般較大，價格相對較貴，應(yīng)用較多。

數(shù)字型萬用表檢測頻率良好，價格便宜，功能豐富，應(yīng)用最多。

綜上所述，若只是檢測低頻率交流電，用數(shù)字型萬用表性價比最高。

測量方法：將數(shù)字型萬用表檔位置于Hz檔，再將兩根表筆分別接入信號源兩端，即可讀出信號源頻率值。

頻率大小的確定與發(fā)電機(jī)、電動機(jī)及變壓器等的構(gòu)造、材料等有關(guān)。

50赫的兩極發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速是3000轉(zhuǎn)/分，而如果頻率上升一倍達(dá)到100赫，那么同步轉(zhuǎn)速將會是6000轉(zhuǎn)/分。如此高的速度將會給發(fā)電機(jī)的制造帶來很多問題，特別是轉(zhuǎn)子表面的線速度太高，必將大大限制容量的增加。另外，從使用角度看，頻率過高，使得電抗增加，電磁損耗大，加劇了無功的數(shù)量。譬如以三相電機(jī)為例，其電流大大下降，輸出功率及轉(zhuǎn)矩也大大下降，實(shí)在沒有益處。另外，如果采用較低的頻率譬如30赫，變壓效率低，那么將不利于交流電的變壓和傳輸。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的頻率即電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的正弦基波電壓的頻率。頻率是整個電力系統(tǒng)統(tǒng)一的運(yùn)行參數(shù)，一個電力系統(tǒng)只有一個頻率。我國和世界上大多數(shù)歐洲國家電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz。美洲地區(qū)多數(shù)是60Hz。大多數(shù)國家規(guī)定頻率偏差±0.1～0.3Hz之間。在我國，300萬kW以上的電力系統(tǒng)頻率偏差規(guī)定不得超過±0.2Hz；而300萬kW以下的小電力系統(tǒng)的頻率偏差規(guī)定不得超過±0.5Hz。由于大機(jī)組的運(yùn)行對電力系統(tǒng)頻率偏差要求比較嚴(yán)格，因此有些國家對電力系統(tǒng)故障運(yùn)行方式的頻率偏差也作了規(guī)定，一般規(guī)定在±0.5～±1Hz之間。超過允許的頻率偏差，大機(jī)組將跳閘，這不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在電力系統(tǒng)內(nèi)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率與用電設(shè)備及送電設(shè)備消耗的功率不平衡，將引起電力系統(tǒng)頻率變化。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷超過或低于發(fā)電廠的出力時，系統(tǒng)頻率就要降低或升高，發(fā)電廠出力的變化同樣也將引起系統(tǒng)頻率變化。

另外，我國電網(wǎng)的頻率變化范圍是±1Hz。因為頻率調(diào)節(jié)慣量較大，范圍小容易引起電網(wǎng)振蕩，作過溫控或恒壓的人應(yīng)該理解。在大網(wǎng)并網(wǎng)前，蘭州地區(qū)的電網(wǎng)頻率在50.5Hz以上，上海地區(qū)在49.5Hz左右。現(xiàn)在的大網(wǎng)并網(wǎng)有利于電網(wǎng)頻率及電壓穩(wěn)定。

載波頻率越高，正弦波型越好，電機(jī)繞組的諧波越少。但是輻射干擾能量提高，干擾周邊電氣設(shè)備。

電網(wǎng)頻率的差異取決于人們的計算習(xí)慣，美洲的大規(guī)模發(fā)電較早，當(dāng)時的計算工具主要是英制（12進(jìn)制）計算尺，為便于計算，用60Hz，稍晚一點(diǎn)的規(guī)模電網(wǎng)都用10進(jìn)制數(shù)據(jù)，50Hz更方便些。

關(guān)于電壓等級，分為發(fā)電機(jī)和電動機(jī)兩個系列，我們常說的電壓是電動機(jī)電壓，是基本系列，220V為基礎(chǔ)，每乘1.414并圓整后為一個等級，變頻器電壓除外；發(fā)電機(jī)電壓為同等級的電動機(jī)電壓加5%并圓整。所以只有230V或400V的發(fā)電機(jī)而沒有220V或380V的發(fā)電機(jī)。

機(jī)場的特殊情況是：機(jī)載發(fā)電機(jī)要求體積小重量輕，只有提高頻率才能滿足功率要求，所以相應(yīng)的機(jī)載電氣設(shè)備用400Hz，與飛機(jī)相關(guān)的電源要400赫茲咯！軍用的更高的也有。

航空器上的電源采用400Hz就是為了減小體積和重量，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。軍電和航電的400Hz主要取決于以下幾點(diǎn)：1、頻率高的發(fā)電機(jī)或電動機(jī)由于轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小而體積、重量較小；2、飛機(jī)上發(fā)電機(jī)的動力取自航空發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)速較高；3、直流用電設(shè)備較多，頻率高有利于減小整流紋波。

在相同電壓的情況下，50hz與60hz及400hz電源在傳輸功率上、整流效率有什么不同？

不用100Hz或120Hz是因為頻率太高，一方面?zhèn)鬏斃щy，做變頻器的對線路感抗及容抗的理解應(yīng)該是深刻的；另一方面，發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速太高或極數(shù)太多都不可取。400Hz的電不能遠(yuǎn)距離傳輸，用戶在訂購400Hz發(fā)電機(jī)時要給定傳輸距離及方式，整流效率也差，但整流后紋波較小，紋波頻率較高，好處理。

如果50赫茲投入需要60赫茲的生產(chǎn)線， 交流電機(jī)速度降低，（電機(jī)速度與頻率成正比）電機(jī)發(fā)熱，長時間工作必?zé)裏o疑。 控制系統(tǒng)一般通過整流和開關(guān)電源，應(yīng)該沒事。還要看一下對頻率敏感的器件。（大前題，電壓等級一致）

如果要研究將50Hz電源直接供電給需要60Hz電源的生產(chǎn)線上使用，主要考慮電磁器件的電磁特性，如電動機(jī)、變壓器，其次是與電源頻率有關(guān)的采樣信號。對于前者，研究的方法可以找到這兩個器件的電磁表達(dá)式，分別將50Hz和60Hz帶進(jìn)去，就可以發(fā)現(xiàn)一些問題。徐武安《電感器件設(shè)計與計算〉，四川科技出版社，1985.08，其中的103頁-106頁主要講高頻變壓器的設(shè)計計算，其中有些理論可以引申到電動機(jī)上去。后者不用說就知道了。

對于異步電機(jī)而言，將50Hz的電源供給60Hz的負(fù)載時，轉(zhuǎn)速降低是肯定的，電壓應(yīng)按電機(jī)銘牌電壓降低1/6供應(yīng)，此時電機(jī)可長期運(yùn)行，且轉(zhuǎn)矩、電流不變，功率減小了1/6。若電壓不降低，會造成電機(jī)磁路飽和，空載電流和空載損耗增大很多。

對于電感器，感抗減小1/6。對于60Hz專用的接觸器，改為50Hz，容易誤脫扣。但目前一般都是50/60Hz通用的。

發(fā)達(dá)國家也有50HZ的，比如歐洲大多數(shù)國家。小國也有采用60HZ的，比如小日本。

英國的電源標(biāo)準(zhǔn)是 50HZ 單相230V，三相400V，和我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)接近，可能早期購入的設(shè)備就成為一個事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)；

動亂割據(jù)的舊中國，除寶島***由于受日本長期占領(lǐng)和美國影響，電源標(biāo)準(zhǔn)是60HZ以外，尚能夠維持電源標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一（好像日偽滿時東北曾有110V的電源）。

解放前，我國多種電壓和頻率并存，主要與發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)國的制式有關(guān)，解放后，我國沿用蘇聯(lián)的制式，就成了現(xiàn)在的樣子。