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¿Por qué se elige el estándar de frecuencia de 50 hertz en la industria de la energía eléctrica?
¿Por qué hasta el día de hoy en la industria energética para la transmisión y distribución de electricidad en todas partes se han seleccionado frecuencias de 50 y 60 Hz y siguen siendo aceptadas? ¿Alguna vez has pensado en esto? Pero esto no es en absoluto accidental.
En los países de Europa y la CEI, se adopta el estándar de 220-240 voltios de 50 hercios, en los países de América del Norte y en los EE. UU. - 110-120 voltios de 60 Hz, y en Brasil 120, 127 y 220 voltios de 60 Hz. Por cierto, directamente en los EE. UU. En la salida a veces puede resultar, por ejemplo, 57 o 54 Hz. ¿De dónde vienen estos números?
Pasemos a la historia para entender este tema. En la segunda mitad del siglo XIX, científicos de muchos países del mundo estudiaron activamente la electricidad y buscaron aplicaciones prácticas para ella. Thomas Edison inventó su primera bombilla, introduciendo así la iluminación eléctrica. Se construyeron las primeras plantas de energía de CC. El comienzo de la electrificación en los Estados Unidos.
Las primeras lámparas eran de arco, brillaban con una descarga eléctrica que ardía al aire libre, encendida entre dos electrodos de carbono. Los experimentadores de esa época rápidamente descubrieron que era a 45 voltios que el arco se volvía más estable, sin embargo, para una ignición segura, se conectó un balasto resistivo en serie con la lámpara, en el que cayeron aproximadamente 20 voltios durante el funcionamiento de la lámpara.
Entonces, durante mucho tiempo, se aplicó un voltaje constante de 65 voltios. Luego se aumentó a 110 voltios, de modo que dos lámparas de arco podrían conectarse a la red simultáneamente.
Edison era un fanático defensor de los sistemas de CC, y los generadores de CC de Edison inicialmente funcionaron así, suministrando 110 voltios de CC a las redes de consumidores.
Pero la tecnología DC de Edison era muy, muy costosa, económicamente no rentable: era necesario tender muchos cables gruesos, y la transmisión de la planta de energía al consumidor no excedía una distancia de varios cientos de metros, ya que las pérdidas de transmisión eran enormes.
Más tarde, se introdujo un sistema de CC de 220 voltios de tres hilos (dos líneas paralelas de 110 voltios cada una), pero la situación con respecto a la eficiencia de dicha transmisión no mejoró significativamente.
Despues Nikola Tesla Desarrolló sus propios alternadores completamente innovadores e introdujo un sistema rentable para transmitir electricidad a altos voltajes de varios miles de voltios, y la electricidad podría transmitirse a miles de metros, las pérdidas de transmisión disminuyeron en decenas de veces. La corriente continua de Edison no podía soportar la competencia con la corriente alterna de Tesla.
Los transformadores en hierro redujeron el alto voltaje a 127 voltios en cada una de las tres fases, suministrándolo al consumidor en forma de corriente alterna. Durante el funcionamiento de los alternadores, impulsados por vapor o agua que cae, sus rotores giraban con una frecuencia de 3000 rpm e incluso más.
Esto permitió que las lámparas no parpadearan, que los motores asíncronos funcionaran normalmente, soportando la velocidad nominal, y los transformadores para convertir la electricidad, aumentar y disminuir el voltaje.
Mientras tanto, en la URSS, el voltaje de las redes hasta los años 60 se mantuvo en el nivel de 127 voltios, luego con el crecimiento de las capacidades de producción se elevó a 220 voltios, que ahora nos son familiares.
Dolivo-Dobrovolsky, como Tesla, que estudió las posibilidades de la corriente alterna, sugirió usar una corriente sinusoidal para la transmisión de electricidad y sugirió establecer la frecuencia en el rango de 30 a 40 hercios. Más tarde convergieron con 50 hertz en la URSS y con 60 hertz en los Estados Unidos. Estas frecuencias eran óptimas para los equipos de CA, que funcionaban en muchas fábricas.
La frecuencia de rotación de un alternador bipolar es de 3000 o un máximo de 3600 revoluciones por minuto, y proporciona solo las frecuencias de 50 y 60 Hz durante la generación. Para el funcionamiento normal del alternador, la frecuencia debe ser de al menos 50-60 Hz. Los transformadores industriales convierten fácilmente la corriente alterna de una frecuencia dada.
Hoy, en principio, es posible aumentar la frecuencia de transmisión de energía eléctrica a muchos kilohercios, y así ahorrar en materiales de conductores en líneas de transmisión de energía, sin embargo, la infraestructura permanece adaptada específicamente para una frecuencia actual de 50 Hz, fue diseñado inicialmente en todo el mundo, los generadores en plantas de energía nuclear rotan con el mismo a una velocidad de 3000 rpm, todavía tienen el mismo par de polos. Por lo tanto, la modificación de los sistemas de generación, transmisión y distribución de energía es una cuestión del futuro distante. Es por eso que 220 voltios de 50 hertzios siguen siendo nuestro estándar hasta ahora.
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