大家平時家里用的電是50Hz的，Hz是赫茲的縮寫，代表一秒鐘電流周期性變換方向的次數，50Hz表示1秒鐘電流有50個周期，方向改變100次。?

? ? 世界上有些國家，例如英美用的是60Hz的交流電，因為采用的是十二進制，什么12星座、12小時、12先令等于1英鎊等等。后來的國家都采用十進制了，所以頻率是50Hz。當然還有某奇葩的漆器國，東邊用50Hz，西邊用60Hz……

? ? ? ?總體來說50Hz和60Hz差別不大，以下就用50Hz代表吧。那為什么要選用50Hz的交流電，而不是5Hz或400Hz呢？

先說頻率低了會怎么樣吧

頻率最低就是0，也就是直流。史上最經典的就是愛迪生和特斯拉的直流交流大戰，愛迪生為了證明特斯拉的交流電有危險，用交流電電死了若干動物，其中還包括一頭大象，愛老先生也是蠻拼的~（客觀上說，同樣的電流大小下，人體耐受直流電的時間是要長于耐受交流電的時間，跟心室震顫什么的有關系，也就是交流電更危險）

不過最后愛迪生還是輸給了特斯拉，憑借交流電方便改變電壓等級的優勢，交流電戰勝了直流電。在輸送功率相同的情況下，提高電壓，送電電流就能減小，消耗在線路上的能量就能降低。而直流電當時無法變壓，發電機出口端電壓只有幾百伏，為了減少損耗，只能減少送電功率和距離，所以愛迪生當時建的電廠有點像現在的分布式電源，到處都是。


直流送電另一個問題是難以開斷，直到現在這個問題還困擾著直流輸電。我們平時在拔一些電器的插銷時，還會打電火花。直流輸電的問題同電火花一樣，當電流大到一定程度時，這個電火花是無法熄滅的，我們稱之為“電弧”。對于交流電而言，電流會改變方向，因而有電流過零的時刻，利用這個小電流時間點，我們可以通過滅弧裝置切斷線路電流。但直流電流方向不會改變，沒有這個過零點，我們想要滅弧就難了。

直流講明白了，那低頻交流，比如5Hz的交流電有什么問題呢？

一是變壓器效率的問題。變壓器是靠原邊的磁場變化，感應到副邊升壓或降壓的。磁場變化的頻率越慢，感應是越弱的，極端情況就是直流，根本沒有感應，所以頻率太低了不行。當然，太高了也會有漏磁太多的問題，后面會講到。（學過電機學的朋友可以回憶，變壓器等效電路中間有個勵磁支路，勵磁電抗Xm是與頻率乘正比的，只有頻率足夠大，勵磁電抗才能足夠大，以至于忽略勵磁電流的分流作用，忽略勵磁損耗）

二是用電設備功率問題。舉個身邊的例子吧，汽車發動機的轉速就是他的頻率，比如怠速時500轉/分鐘，加速換擋時是3000轉/分鐘，換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來了，轉速越高，發動機的勁兒（功率）越大。同樣道理，在相同頻率下，發動機越大，輸出功率越大，這也是為什么柴油機個頭都比汽油大的原因，個兒大勁兒大的柴油機才能帶動公交卡車等重型汽車。

同理，電動機（或者說一切轉動機械）既要求個頭小，有要求輸出功率大，只有一個辦法——提高轉速，這也就是為什么交流電頻率不能太低的原因，因為我們需要個頭小但功率大的電動機。類似的如，飛機的航空發動機，每分鐘轉速高達上萬轉，就是為了“小身體大能量”，飛機的電源也是400Hz的（24000轉/分），因為發動機轉速太高，發電的頻率就高了。變頻空調也是同樣的道理，通過變換交流電的頻率，來控制空調壓縮機的輸出功率?？傊?，功率與頻率在一定范圍內正相關。
（這里順便說下現在汽車廠商的發動機功率參數。有些廠商為了表明今年的車型比去年的性能提高了，就把發動機的最大功率調高了，比如把240kW調高到260kW，乍一看以為發動機更先進了。其實各位還要再看一個參數——最大功率轉速，有時候這個參數也同步調高了。去年的車型是5000轉時達到最大功率，今年改成6000轉了，實際是用轉速的提高帶來了輸出功率的增加，而不是性能真正提高。發動機每分鐘6000轉什么概念呢——大概是狠狠的地板油吧~）

再說說頻率大了會怎么樣？?比如定在400Hz怎么樣？

會有兩個問題，一是線路和設備的損耗增加，二是發電機轉速過快。? ? ?

先說損耗的事情，輸電線路、變電設備、用電設備，都是有電抗的，電抗與頻率成正比，頻率越高，電抗越大，消耗的無功就越大，能傳遞的有功功率就越少（回復“無功”，參見“為啥功率還分有功功率和無功功率”）。目前50Hz輸電線路的電抗約0.4歐姆，約是電阻的10倍，如果提高到400Hz，那電抗將是3.2歐姆，約是電阻的80倍。對于高壓輸電線路，降低電抗是提高輸電功率的關鍵。與電抗相對應的還有容抗，容抗和頻率成反比，頻率越高，容抗越小，線路的泄漏電流越大。（因為電纜的電容效應較大，所以這也是電纜線路送電距離不能過長的原因。）如果頻率高了，則線路的泄漏電流也會增加。?? ?

?另一個問題是發電機的轉速?，F在的發電機組基本是單級機，也就是一對磁極。為了發出50Hz的電，轉子每分鐘轉速要達到3000轉。咱們的汽車發動機轉速達到3000轉時，就能明顯感覺引擎在振動作響了，轉到六七千轉時，你會覺得發動機要跳出引擎蓋。小小的汽車發動機尚且如此，更何況是一個重達百噸的實心鐵疙瘩轉子與汽輪機，也因此發電廠的噪音都很大。一個重達百噸的鋼轉子每分鐘轉3000轉談何容易，如果頻率再高三四倍，估計發電機能飛出廠房了。?

如此重的轉子具有相當大的慣性，這也是電力系統被稱為慣性系統，能保持安全穩定運行的前提。同樣也是為什么風電和太陽能這種間歇性電源對傳統電源提出挑戰的原因。因為風光變化很快，但幾十噸重的轉子由于巨大的慣性，要減少出力或增加出力的速度很慢（爬坡率的概念），跟不上風電和光伏發電的變化，所以有時不得不棄風和棄光。另外，光伏電池不是旋轉設備，即非慣性系統，大量接入后，降低了電力系統的慣性，這也會對安全穩定運行造成影響。


總結一下

頻率不能太低的原因：變壓器能效率高，電動機可以個頭小功率大。頻率不能太高的原因：線路和設備可以損耗小，發電機轉速不必過高。所以根據經驗和習慣，我們的電能就被定在在50或60Hz。