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为什么主流交流电压为110/220V,而非100/200V

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1

用电

美国,日本都是多个基础电压的。

做过电源的工程师都知道,只做国内产品是多么幸福啊。230Vac电压,顶天做到185~265Vac就好了,不高不低,啥都好做。

最讨厌美国的,高到277,低到110,算上安全电压,需要的是85~305Vac的电压范围。PFC做400V已经不够了,需要做到430+,那普通的450V电解就余量不够了,需要500V,这不是大通货,价高、周期长。母线电压高了,同样的拓扑,效率就低了,发热大了,散热片就大了。一切成本都高了。


2

输电

60Hz的电网比50Hz电网效率高?可能我们学的不是同一个物理。我学的物理告诉我:任何传输介质都是有电抗的,频率越高,感抗越高,无功损耗越大。另外,线损和电压的平方成反比,110V输电的线损是220输电线损的4倍。所以,长距离输电用的是特高压直流输电。


3

发电

有说到多极发电机的,查了下资料。发电机的转速和磁极对数p、电网频率f有关,具体就是转速n=f*60/p,在电网频率一定的情况下,磁极对数p越大,转速越低。但是,磁极对数大了,则体积大、成本高、效率低、控制复杂。所以,只要转速能够达到要求,都采用小磁极对数,火电厂汽轮机转速高,一般都采用隐极式的一对极,所以火电厂发电机转速是3000rpm。而水电站转速低,比如三峡电站左岸水轮机组的转速只有75rpm,但他的磁极对数有40对之多。

在目前中国以火力发电为主的情况下,我的原答案虽考虑不周,但并不是太影响结论。

50Hz的电网,发电机转速是50*60=3000rpm,这个速度不高不低,和60Hz的3600转没多大差别,但要是再高上去,比如达到10000转,我猜想效率可能会降低,毕竟,很多时候摩擦力和速度的平方成正比的。

飞机上的电网频率是400Hz,这一方面是因为飞机发动机转速太快,另外,频率高点可以显著降低器件尺寸,这对于飞机这个对重量极度敏感的存在还是很有必要的。



其实最重要的是,一个国家使用什么电网标准,这除了技术原因之外,更多的是历史遗留啊。美国电网可以说是被历史遗留给害惨了的典型。他们国家是第一个建成电网的,那时候用的就是特斯拉的110V/60Hz,后来发现工业上也这么用,实在太亏了,就加了个了277v的工业电网。

我们国家的电网是建国后建立的,历史遗留问题就比较少了,可以统一考虑,用220v/50hz的。

有机会,大家用示波器看看我们国家的电网波形,那叫一个完美的正弦波啊。而且永远是230Vac,不多不少。再看看隔壁三哥的电网,号称是220V的,低能到60V,高能到300V。别问我怎么知道的,三哥的电源订单我们接的都是胆战心惊啊

发电厂发出来的都是三相电,A、B、C是相位差120度的三个正弦波电压。O是零点,而220V就是ABC中任意一相到零点之间的电压。所以,我们经常说火线/零线。火线就是任意一个相线,零线就是零点。

而380V是指的两个相线之间的电压,简单三角函数计算就可以知道了,是381V(简称380V)。一般民用都是单相电,用三根线:一根火线,一根零线,一根地线(小电器一般没有)。工业用三相电,用5根线:三根火线,一根零线,一根地线。民用电在进户之前,也是三相电,大家分着用三相,甲用A相,乙用B相,丁用C相。

理论上来说,如果ABC三相完全平衡的话,那零点就没有电压。所以尽量要做到三相平衡,但基本达不到,零线上只是号称零电压,还其实是有电压的,千万不要摸啊,会死人的。为啥工业用三相电? 三相电带电机运行更平顺,力量也大。民用为啥不用三相电? 电压高,太危险。这两个问题的解答与我国的建国历史有关。建国初期,我国一穷二白,什么也没有。我们依靠的是苏联的援助。如此一来,当然苏联的国家标准和供配电标准电压体系就沿用到我国。

苏联标准对我国的影响十分深远,也是全方位的。不要说供电电压,就连机械制图的标准术语,里面都有苏联的影子。某次我到一家企业去搞设计,厂里的老工程师对我的图讲了几个很奇怪的术语,我怎么也听不懂,后来他再次解释,才知道是苏联留下来的制图术语,大家沿用至今。

确实,频率越高,供电效率和传输效率会提高。例如飞机上的供电电压和频率分别是115V和400Hz。由于效率较高,所以飞机上的发电设备和供电设备的体积和重量相对轻便得多。

然而,一个国家的供配电体系和标准是不可能随意改变的。所以,题主的这两个提问的解答都可以归结为历史以及技术延续性这两个原因。

由题主创造的名词“主流交流电压”可知,题主是100%的外行。220V电压是我国供配电末端的低压侧的相电压,不存在什么主流交流电压!

首先,世界上第一个想到架设电网供大众使用并付诸实施的是爱迪生。作为著名发明家和商人,他明白两个道理。

第一,电压越高,传输损耗越小。频率越高,发电效率越高。这个学校里教过,不说了。第二,那是不是电压越高,频率越高越好呢?作为商人的爱迪生,他明白不是。因为电压越高,大众越恐惧。爱迪生最擅长的不是发明,而是把发明出来的东西卖出去。于是他把上网电压定在了100伏特,频率因为当时大部分人根本不知道有频率这个东西,所以定的高,60赫兹。大家高高兴兴的买电器,扯电网。但是到了家里一开灯发现了一个大问题,那就是因为电力线路不是理想导体,电压会降低,家里的电压不够100伏特。爱迪生一看,我擦我家电都卖了,总不能全部召回吧?上面说了,爱迪生最擅长的不是发明,而是把发明出来的东西卖出去。于是他把电压升了10伏特,这样家里的电压就接近100伏特,我就这么一发,您就这么一用,事就这样成了。

爱迪生在美国扯电网,欧洲的贵族一看,乖乖,平生么样基佬能扯,咱们不能扯?咱们也扯。说上就上,照抄美国电网参数,你看,这就是后发优势。但是贵族们发现两个问题。第一,人家美国佬有钱,电线都是小孩胳膊粗的铜线,贵族们用不起。第二,当时很多电力设备都是直流,交流转直流技术还不成熟,整流设备烧坏是常有的事。所以贵族们一拍脑袋,(。・∀・)ノ゙嗨,没钱扯铜线,把电压提高这不就完了吗!反正做饭开灯洗衣服都是下人的活,电死活该。由于贵族们懒得重新算,所以最好的办法就是把电压翻倍,220伏特。也不能太高了,太高了整个1100伏特,这玩意不开灯从下面走也渗得慌。整流设备这么贵,可不能烧了,把频率降下来,50赫兹!事就这样成了。

转眼苏维埃革了穷贵族们的命,要建设新世界。当时全世界对苏维埃进行制裁,革命物资奇缺,当然怎么省怎么来了,照抄EN也就是欧洲标准吧,事就这样成了。

又转了一次眼,大清国完了,大总统登基了,委员长驯政了。民国政府规定沿袭苏俄呃不对,德国标准。但是民国这个东西,你懂得,约等于包邮区。委员长说的话,只能包邮,出了江浙沪不好意思,您得自付邮费。所以事就这样成不了。再后来新中国成立了。咱们伟大的先驱们发现全国各地电压标准那个乱啊,比麻绳还乱。正好心怀鬼胎的苏修想以支援新中国的名义输出工业产能,咱们就将计就计,来者不拒,接受了几个工业项目,顺便把电压也统一了。

总的来说,110伏特这个电压实在是太低了,就好比怕死给驾驶座上下左右前后装十个安全气囊。得,您是放心了,这价钱也上去了。220伏特还是比较安全的,我小时候拿铁剪子剪电线,也就是闪个火花而已,反而激起了我学电的兴趣,最后这句话我是胡说,不推荐大家模仿。

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