Tại sao hệ thống điện lại sử dụng tần số 50Hz hoặc 60Hz?

Tại sao hệ thống điện lại sử dụng tần số 50Hz hoặc 60Hz?

Nhiều năm trước đây, khi đó chưa hình thành hệ thống điện như bây giờ mà chỉ là những vùng sử dụng điện cục bộ, thời gian đó tần số được sử dụng từ khoảng 20Hz tới 130Hz tùy vào từng vùng.

Sau thời gian phát triển, nhu cần cần mở rộng hệ thống, kết nối với nhau, cần nhiều hơn thiết bị. Lúc đó, vấn đề về khác biệt tần số là rào cản lớn. Ví dụ một đất nước có tới 10 vùng sử dụng 10 tần số khác nhau, khi đó sẽ có 10 nhà máy hay 10 bộ tiêu chuẩn để sản xuất một sản phẩm cho 10 vùng, quả là một sự phức tạp và lãng phí không nhỏ?. Khi đó những tổ chức về điện đã thảo luận, và phân tích để chọn ra tiêu chuẩn chung về việc sử dụng tần số nào.

Việc tần số 50Hz hay 60Hz được chọn là dự vào hiệu suất cũng như tối ưu của hệ thống khi vận hành với hai tần số này so với những tần số khác.

1. Nếu sử dụng tần số cao:

- Thành phần điện kháng tồn tại trong hầu hết tất cả thiết bị điện tỉ lệ thuận với tần số (ZL= jwL) do đó, việc sử dụng tần số cao sẽ làm tăng trở kháng của các thiết điện, tăng tổn thất và giảm hiệu suất.

- Thành phần sóng hài với tần số cao sẽ ảnh hưởng nhiều hơn tới hệ thống, làm nóng thiết bị cũng như tổn thất hệ thống

- Tần số hệ thống được tạo ra và duy trì bởi những máy phát lớn trong hệ thống, và tỉ lệ với tốc độ quay của turbine. Việc tạo ra tần số tần số cao yêu cầu tốc độ quay của turbine cũng phải tăng lên. Nhưng để máy phát quay với tốc độ cao hơn là rất khó khăn và phụ thuộc nhiều yếu tố về việc chế tạo...

2. Nếu sử dụng tần số thấp:

- Một vấn đề dễ thấy và với tần số thấp của hệ thống thì những thiết bị chiếu sáng trong mỗi nhà sẽ trở nên nhấp nháy vì mắt người sẽ kịp bắt được ánh sánh đó.

- Công suất đầu ra của những thiết bị quay tỷ lệ thuận vói tốc độ quay (tần số ) P = K. D^2. l. n trong đó (K là hệ số phụ thuộc vào loại động cơ, cách làm lạnh và vật liệu, D là kích thước dây, l là chiều dài dây và n là tốc độ quay) do đó, nếu tần số thấp hay tốc độ quay nhỏ, để có được công suất đầu ra không đổi thì kích thước của động cơ phải lơn hơn). Nói thêm một chút, đây chính là lý do các thiết bị như máy bay hay tàu thủy thường sử dụng tần số cao để có thể giảm kích thươc và khối lượng.

Trên đây là những lý do cho việc không sử dụng tần số thấp hay cao trong hệ thống điện. Hi vọng sẽ giúp được các bạn hiểu hơn về hệ thống điện.

Minh Quân