大家平時(shí)家里用的電是50Hz的，Hz是赫茲的縮寫(xiě)，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(gè)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(jìn)制，什么12星座、12小時(shí)、12先令等于1英鎊等等。后來(lái)的國家都采用十進(jìn)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(lái)說(shuō)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(shuō)頻率低了會(huì )怎么樣吧
頻率最低就是0，也就是直流。史上最經(jīng)典的就是愛(ài)迪生和特斯拉的直流交流大戰，愛(ài)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(dòng)物，其中還包括一頭大象，愛(ài)老先生也是蠻拼的~（客觀(guān)上說(shuō)，同樣的電流大小下，人體耐受直流電的時(shí)間是要長(cháng)于耐受交流電的時(shí)間，跟心室震顫什么的有關(guān)系，也就是交流電更危險）
不過(guò)最后愛(ài)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(yōu)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(xiàn)路上的能量就能降低。而直流電當時(shí)無(wú)法變壓，發(fā)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(ài)迪生當時(shí)建的電廠(chǎng)有點(diǎn)像現在的分布式電源，到處都是。
直流送電另一個(gè)問(wèn)題是難以開(kāi)斷，直到現在這個(gè)問(wèn)題還困擾著(zhù)直流輸電。我們平時(shí)在拔一些電器的插銷(xiāo)時(shí)，還會(huì )打電火花。直流輸電的問(wèn)題同電火花一樣，當電流大到一定程度時(shí)，這個(gè)電火花是無(wú)法熄滅的，我們稱(chēng)之為“電弧”。對于交流電而言，電流會(huì )改變方向，因而有電流過(guò)零的時(shí)刻，利用這個(gè)小電流時(shí)間點(diǎn)，我們可以通過(guò)滅弧裝置切斷線(xiàn)路電流。但直流電流方向不會(huì )改變，沒(méi)有這個(gè)過(guò)零點(diǎn)，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(wèn)題呢？
一是變壓器效率的問(wèn)題。變壓器是靠原邊的磁場(chǎng)變化，感應到副邊升壓或降壓的。磁場(chǎng)變化的頻率越慢，感應是越弱的，極端情況就是直流，根本沒(méi)有感應，所以頻率太低了不行。當然，太高了也會(huì )有漏磁太多的問(wèn)題，后面會(huì )講到。（學(xué)過(guò)電機學(xué)的朋友可以回憶，變壓器等效電路中間有個(gè)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(wèn)題。舉個(gè)身邊的例子吧，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的轉速就是他的頻率，比如怠速時(shí)500轉/分鐘，加速換擋時(shí)是3000轉/分鐘，換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來(lái)了，轉速越高，發(fā)動(dòng)機的勁兒（功率）越大。同樣道理，在相同頻率下，發(fā)動(dòng)機越大，輸出功率越大，這也是為什么柴油機個(gè)頭都比汽油大的原因，個(gè)兒大勁兒大的柴油機才能帶動(dòng)公交卡車(chē)等重型汽車(chē)。
同理，電動(dòng)機（或者說(shuō)一切轉動(dòng)機械）既要求個(gè)頭小，有要求輸出功率大，只有一個(gè)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(gè)頭小但功率大的電動(dòng)機。類(lèi)似的如，飛機的航空發(fā)動(dòng)機，每分鐘轉速高達上萬(wàn)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(fā)動(dòng)機轉速太高，發(fā)電的頻率就高了。變頻空調也是同樣的道理，通過(guò)變換交流電的頻率，來(lái)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(guān)。
（這里順便說(shuō)下現在汽車(chē)廠(chǎng)商的發(fā)動(dòng)機功率參數。有些廠(chǎng)商為了表明今年的車(chē)型比去年的性能提高了，就把發(fā)動(dòng)機的最大功率調高了，比如把240kW調高到260kW，乍一看以為發(fā)動(dòng)機更先進(jìn)了。其實(shí)各位還要再看一個(gè)參數——最大功率轉速，有時(shí)候這個(gè)參數也同步調高了。去年的車(chē)型是5000轉時(shí)達到最大功率，今年改成6000轉了，實(shí)際是用轉速的提高帶來(lái)了輸出功率的增加，而不是性能真正提高。發(fā)動(dòng)機每分鐘6000轉什么概念呢——大概是狠狠的地板油吧~）
再說(shuō)說(shuō)頻率大了會(huì )怎么樣？?比如定在400Hz怎么樣？
會(huì )有兩個(gè)問(wèn)題，一是線(xiàn)路和設備的損耗增加，二是發(fā)電機轉速過(guò)快。? ? ?
先說(shuō)損耗的事情，輸電線(xiàn)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(wú)功就越大，能傳遞的有功功率就越少（回復“無(wú)功”，參見(jiàn)“為啥功率還分有功功率和無(wú)功功率”）。目前50Hz輸電線(xiàn)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(xiàn)路，降低電抗是提高輸電功率的關(guān)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(xiàn)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(xiàn)路送電距離不能過(guò)長(cháng)的原因。）如果頻率高了，則線(xiàn)路的泄漏電流也會(huì )增加。?? ?
?另一個(gè)問(wèn)題是發(fā)電機的轉速?，F在的發(fā)電機組基本是單級機，也就是一對磁極。為了發(fā)出50Hz的電，轉子每分鐘轉速要達到3000轉。咱們的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機轉速達到3000轉時(shí)，就能明顯感覺(jué)引擎在振動(dòng)作響了，轉到六七千轉時(shí)，你會(huì )覺(jué)得發(fā)動(dòng)機要跳出引擎蓋。小小的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機尚且如此，更何況是一個(gè)重達百?lài)嵉膶?shí)心鐵疙瘩轉子與汽輪機，也因此發(fā)電廠(chǎng)的噪音都很大。一個(gè)重達百?lài)嵉匿撧D子每分鐘轉3000轉談何容易，如果頻率再高三四倍，估計發(fā)電機能飛出廠(chǎng)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(chēng)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(fēng)電和太陽(yáng)能這種間歇性電源對傳統電源提出挑戰的原因。因為風(fēng)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(fēng)電和光伏發(fā)電的變化，所以有時(shí)不得不棄風(fēng)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(huì )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(dòng)機可以個(gè)頭小功率大。頻率不能太高的原因：線(xiàn)路和設備可以損耗小，發(fā)電機轉速不必過(guò)高。所以根據經(jīng)驗和習慣，我們的電能就被定在在50或60Hz。
