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

Me llamó la atención que las empresas de servicios públicos de todo el mundo suministran usuarios domésticos a 50/60 Hz. Podría haber sido seleccionado para ser 10 Hz, o 100 Hz ... lo que sea

¿Se eligió 50/60 al azar? ¿Existe alguna razón (eficiencia, más fácil de construir / controlar, etc.) para restringir el suministro interno a 50/60 Hz?

En otras palabras, si estuviera diseñando un sistema de alimentación, ¿por qué elegiría 50/60 Hz en lugar de alguna otra frecuencia?

60 Hz fue el resultado de compensaciones de ingeniería, creo que fue hecho o influenciado por Nicolai Tesla. Fue uno de los primeros defensores de la distribución de AC, como se le había propuesto a Edison que quería distribuir DC. La compensación tenía que ver con el tamaño de las máquinas y los transformadores necesarios, que se hacen más pequeños con mayor frecuencia y algunas pérdidas, que aumentan con la frecuencia. Recuerdo haber leído que se estudió cuidadosamente la decisión de elegir 60 Hz.

50 Hz, por otro lado, se debió a la comercialización. Hubo un fabricante alemán de equipos de red eléctrica que quería distinguirse y logró obtener 50 Hz como estándar en Alemania y luego 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 compraron su equipo y si estaban más vinculados económicamente con Europa o los EE. UU. Desde que Rusia adoptó el estándar europeo de 50 Hz, el bloque soviético se convirtió en países de 50 Hz.

Esto se parece a lo que estás buscando:

http://en.wikipedia.org/wiki/Utility_frequency

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 el siglo XX continuó, se produjo 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 redes eléctricas. No fue sino hasta después de la Segunda Guerra Mundial con la llegada de bienes de consumo eléctricos asequibles que se promulgaron normas más uniformes.

En Gran Bretaña, una frecuencia estándar de 50 Hz fue declarada ya en 1904, pero el desarrollo significativo continuó en otras frecuencias. [10] La implementación de la Red Nacional 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.

Alrededor de 1900, los fabricantes europeos se habían estandarizado principalmente en 50 Hz para nuevas instalaciones. El VDE alemán en el primer estándar para máquinas eléctricas y transformadores en 1902 recomendó 25 Hz y 50 Hz como frecuencias estándar. VDE no vio mucha aplicación de 25 Hz, y lo 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 de 1997 Edward L Owen que cita Rasmus Faber, hay otro buen artículo aquí: "Orígenes técnicos de 60 Hz como la frecuencia de CA estándar en Norteamérica" ​​IEEE Power Engineering Review, marzo de 1999, Paul Nixon, p. 35-37. El artículo completo está detrás de un muro de pago, pero publican la primera página como una imagen png, que vincularé a continuación.

La sección particularmente interesante aquí es:

A fines de 1889 y principios de 1890, los alternadores de acoplamiento directo estaban entrando en la etapa experimental. Estas máquinas demostrarían ser mucho más confiables que los generadores accionados por correa, pero operarían a velocidades mucho más bajas. La necesidad de frecuencias de operación de CA más bajas [que 133.3Hz] era evidente, impulsada nuevamente por restricciones constructivas y mecánicas. Por ejemplo, un alternador accionado directamente por un motor de 100 rpm requeriría 160 polos para producir una frecuencia de 133 1/3 Hz. Este tipo de construcción fue visto como prohibitivo. Alrededor de este tiempo, Westinghouse Co. realizó un estudio de ingeniería que consideró tanto las características de funcionamiento eléctrico con respecto a los componentes del sistema del tiempo como las posibles limitaciones de construcción del generador accionado por el motor, y recomendó que 7, 200 alternancias por minuto (60Hz a 2 polos) era una frecuencia tan alta como sería deseable para las velocidades del motor que entonces eran alcanzables. 60Hz fue en realidad un compromiso cuidadosamente seleccionado. Se pensó que las frecuencias más altas serían mejores para los transformadores que existen, 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 60 Hz había adquirido una parte del negocio de CA de las frecuencias más altas.

_{(fuente: ieee.org )}

Por lo tanto, básicamente tenemos compensaciones (los transformadores mejoran a altas frecuencias en comparación con las máquinas eléctricas mejoran a frecuencias bajas, lo que en gran medida sigue siendo cierto hoy en día), lo que lleva a un compromiso algo arbitrario, luego los efectos de red solidifican las opciones.

El artículo de Owen también menciona que el sur de California era de 50Hz hasta que se completó la conversión a 60Hz en 1948. Japón todavía tiene la mitad de 50Hz y 60Hz: Owen afirma "En 1895, AEG vendió un generador de 50 Hz a la compañía eléctrica en Tokio y el este la mitad de Japón se puso en la ruta de 50 Hz. Un 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 puso 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 The Origins of 60-Hz as a Power Frequency (IEEE Industry Applications Magazine, diciembre de 1997, columna "History" de Edward L. Owen ):

"la elección fue entre 50 y 60 Hz, y ambos se adaptaron por igual a las necesidades. Cuando se consideraron todos los factores, no había una razón convincente para seleccionar cualquiera de las frecuencias. Finalmente, se tomó la decisión de estandarizar en 60 Hz como se consideró que era menos probable que produjera un ligero parpadeo molesto ".

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

El VDE alemán dominó los estándares a principios de 1900 y Europa 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 el Rubidio para uso futuro. Por lo tanto, utilizan enormes inversores de tubo de vacío para volver a CA después de una distribución de larga distancia.

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

Los rusos y otros han experimentado con generadores MagnetoHydroDynamic (MHD) 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 los días de Edison, Tesla habría perdido la batalla que ganó debido a la mejora en la eficiencia de los costos de distribución de los transformadores, la confiabilidad de los motores de inducción sobre el tipo de escobillas DC y otras razones.

La "frecuencia de actualización" del ojo humano, per se, es de alrededor de 60Hz. Este fue un factor determinante en la selección de frecuencia de la generación de energía; Está diseñado para tener la frecuencia más baja posible para la viabilidad, y por lo tanto terminó alrededor de 60Hz (50 en varias partes del mundo)

Imagínese hace 100 años que el generador de turbina de alta potencia más grande que puede obtener es de 250 RPM con 8 o 16 polos trifásicos y si lo hace funcionar demasiado rápido resuena y es demasiado lento, ineficiente. luego decide transmitir usando CA en lugar de CC y termina con 25 Hz y luego 50 Hz en un país mientras piensa, si usamos 60 Hz, entonces todos nuestros relojes serán más precisos.

Más tarde, IBM inventa un reloj magnético de resincronización automática que se conecta a cada aula para sincronizar cada hora porque usaron 60 Hz de potencia 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 energía. Además, si más de 1 persona tiene que estar de acuerdo, nunca darás una respuesta global perfecta.

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

y si desea compartir energía de un lado a otro en una red de CA ... tiene que ser sincrónico a 1 en 10 ^ 15a potencia y error de fase cero, que es más difícil de lo que parece ... por lo que hay diferencias regionales basadas en muchos razones ... Algunas formas de compartir la energía de la red es DC de alto voltaje o usar un generador de motor o usar inversores síncronos de HVDC con corrección de fase ...

así que la UE tiene 50 años, América del Norte tiene 60 y Japón tiene ambas, y África tiene problemas de sincronización y muchas fallas de energía. Lo que le dice, sea lo que sea que decida, no lo cambie con aquellos a los que necesita vender energía.

(MI hermano trabajó mucho en África y me dijo que una falla de energía quemó todos los dispositivos de su casa, incluidos los motores de la nevera y los suministros de computadoras portátiles. En las zonas rurales de Uganda ...