交流电频率监测方法

交流电的频率简介

交流电的频率是指它单位时间内周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz），与周期成倒数关系。日常生活中的交流电的频率一般为50Hz，而无线电技术中涉及的交流电频率一般较大，达到千赫兹（KHz）甚至兆赫兹（MHz）的度量。

交流电频率有效值

正余弦交流电的峰值与振幅相对应，而有效值大小则由相同时间内产生相当焦耳热的直流电的大小来等效。正余弦交流电峰值与有效值的关系为：

例如，城市生活用电220V表示的是有效值，而其峰值约为311V。

关于现代交流电应用

中国通常使用的交流电，一般频率是50Hz。

我们常见的电灯、电动机等用的电都是交流电。在实用中，交流电用符号“~”表示。

电流随时间的变化规律，由此看出：正弦交流电三个要素：最大值（峰值）、周期（频率或角频率）和相位（初相位）。交流电所要讨论的基本问题是电路中的电流、电压关系以及功率（或能量）的分配问题。由于交流电具有随时间变化的特点，因此产生了一系列区别于直流电路的特性。在交流电路中使用的元件不仅有电阻，而且有电容元件和电感元件，使用的元件多了，现象和规律就复杂了。但基本遵循安培定律等基本法则。是高中电学的考点和难点。

根据傅里叶级数的原理，周期函数都可以展开为以正弦函数、余弦函数组成的无穷级数，任何非简谐的交流电也可以分解为一系列简谐正余弦交流电的合成。

交流电的频率周期

频率是表示交流电随时间变化快慢的物理量。即交流电每秒钟变化的次数叫频率，用符号f表示。它的单位为周/秒，也称赫兹常用“Hz”表示，简称周或赫。例如市电是50周的交流电，其频率即为f=50周/秒。对较高的频率还可用千周（kC）和兆周（MC）作为频率的单位。

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

例如，我国第一颗人造地球卫星发出的讯号频率是20.009兆周，亦即它发出的是每秒钟变化20.009×106次的交变讯号。交流电正弦电流的表示式中i=Asin（ωt+φ）中的ω称为角频率，它也是反映交流电随时间变化的快慢的物理量。角频率和频率的关系为ω=2πf。

交流电随时间变化的快慢还可以用周期这个物理量来描述。交流电变化一次所需要的时间叫周期，用符号T表示。周期的单位是秒。显然，周期和频率互为倒数，即

由此可见，交流电随时间变化越快，其频率f越高，周期 T越短；反之，频率f越低，周期T越长。λ=c/f

交流电频率监测方法

一般可用频率计、示波器、数字型万用表（带Hz档）来测量频率。

频率计检测频率精度最高，量程最大，但功能单一，应用较少。

示波器检测频率优，但体积一般较大，价格相对较贵，应用较多。

数字型万用表检测频率良好，价格便宜，功能丰富，应用最多。

综上所述，若只是检测低频率交流电，用数字型万用表性价比最高。

测量方法：将数字型万用表档位置于Hz档，再将两根表笔分别接入信号源两端，即可读出信号源频率值。

频率大小的确定与发电机、电动机及变压器等的构造、材料等有关。

50赫的两极发电机的同步转速是3000转/分，而如果频率上升一倍达到100赫，那么同步转速将会是6000转/分。如此高的速度将会给发电机的制造带来很多问题，特别是转子表面的线速度太高，必将大大限制容量的增加。另外，从使用角度看，频率过高，使得电抗增加，电磁损耗大，加剧了无功的数量。譬如以三相电机为例，其电流大大下降，输出功率及转矩也大大下降，实在没有益处。另外，如果采用较低的频率譬如30赫，变压效率低，那么将不利于交流电的变压和传输。

现代电力系统的频率即电力系统中的同步发电机产生的正弦基波电压的频率。频率是整个电力系统统一的运行参数，一个电力系统只有一个频率。我国和世界上大多数欧洲国家电力系统的额定频率为50Hz。美洲地区多数是60Hz。大多数国家规定频率偏差±0.1～0.3Hz之间。在我国，300万kW以上的电力系统频率偏差规定不得超过±0.2Hz；而300万kW以下的小电力系统的频率偏差规定不得超过±0.5Hz。由于大机组的运行对电力系统频率偏差要求比较严格，因此有些国家对电力系统故障运行方式的频率偏差也作了规定，一般规定在±0.5～±1Hz之间。超过允许的频率偏差，大机组将跳闸，这不利于系统的安全稳定运行。

在电力系统内，发电机发出的功率与用电设备及送电设备消耗的功率不平衡，将引起电力系统频率变化。当系统负荷超过或低于发电厂的出力时，系统频率就要降低或升高，发电厂出力的变化同样也将引起系统频率变化。

另外，我国电网的频率变化范围是±1Hz。因为频率调节惯量较大，范围小容易引起电网振荡，作过温控或恒压的人应该理解。在大网并网前，兰州地区的电网频率在50.5Hz以上，上海地区在49.5Hz左右。现在的大网并网有利于电网频率及电压稳定。

载波频率越高，正弦波型越好，电机绕组的谐波越少。但是辐射干扰能量提高，干扰周边电气设备。

电网频率的差异取决于人们的计算习惯，美洲的大规模发电较早，当时的计算工具主要是英制（12进制）计算尺，为便于计算，用60Hz，稍晚一点的规模电网都用10进制数据，50Hz更方便些。

关于电压等级，分为发电机和电动机两个系列，我们常说的电压是电动机电压，是基本系列，220V为基础，每乘1.414并圆整后为一个等级，变频器电压除外；发电机电压为同等级的电动机电压加5%并圆整。所以只有230V或400V的发电机而没有220V或380V的发电机。

机场的特殊情况是：机载发电机要求体积小重量轻，只有提高频率才能满足功率要求，所以相应的机载电气设备用400Hz，与飞机相关的电源要400赫兹咯！军用的更高的也有。

航空器上的电源采用400Hz就是为了减小体积和重量，是一个复杂的系统工程。军电和航电的400Hz主要取决于以下几点：1、频率高的发电机或电动机由于转速高、转矩小而体积、重量较小；2、飞机上发电机的动力取自航空发动机，转速较高；3、直流用电设备较多，频率高有利于减小整流纹波。

在相同电压的情况下，50hz与60hz及400hz电源在传输功率上、整流效率有什么不同？

不用100Hz或120Hz是因为频率太高，一方面传输困难，做变频器的对线路感抗及容抗的理解应该是深刻的；另一方面，发电机和电动机的转速太高或极数太多都不可取。400Hz的电不能远距离传输，用户在订购400Hz发电机时要给定传输距离及方式，整流效率也差，但整流后纹波较小，纹波频率较高，好处理。

如果50赫兹投入需要60赫兹的生产线， 交流电机速度降低，（电机速度与频率成正比）电机发热，长时间工作必烧无疑。 控制系统一般通过整流和开关电源，应该没事。还要看一下对频率敏感的器件。（大前题，电压等级一致）

如果要研究将50Hz电源直接供电给需要60Hz电源的生产线上使用，主要考虑电磁器件的电磁特性，如电动机、变压器，其次是与电源频率有关的采样信号。对于前者，研究的方法可以找到这两个器件的电磁表达式，分别将50Hz和60Hz带进去，就可以发现一些问题。徐武安《电感器件设计与计算〉，四川科技出版社，1985.08，其中的103页-106页主要讲高频变压器的设计计算，其中有些理论可以引申到电动机上去。后者不用说就知道了。

对于异步电机而言，将50Hz的电源供给60Hz的负载时，转速降低是肯定的，电压应按电机铭牌电压降低1/6供应，此时电机可长期运行，且转矩、电流不变，功率减小了1/6。若电压不降低，会造成电机磁路饱和，空载电流和空载损耗增大很多。

对于电感器，感抗减小1/6。对于60Hz专用的接触器，改为50Hz，容易误脱扣。但目前一般都是50/60Hz通用的。

发达国家也有50HZ的，比如欧洲大多数国家。小国也有采用60HZ的，比如小日本。

英国的电源标准是 50HZ 单相230V，三相400V，和我国现行的标准接近，可能早期购入的设备就成为一个事实标准；

动乱割据的旧中国，除宝岛***由于受日本长期占领和美国影响，电源标准是60HZ以外，尚能够维持电源标准的统一（好像日伪满时东北曾有110V的电源）。

解放前，我国多种电压和频率并存，主要与发电设备的生产国的制式有关，解放后，我国沿用苏联的制式，就成了现在的样子。