أيهما افضل نظام (220 فولت وتردد 50 هرتز) أم نظام (110 فولت و تردد 60 هرتز) ؟


#1

معظم دول العالم ومنها أوروبا ودول آسيا تستخدم جهد 220 فولت وتردد 50 هرتز بينما يستخدم تردد 60 هرتز فى عدد قليل من الدول مثل : الولايات المتحده وأجزاء من اليابان والسعوديه وسنسرد هنا مزايا وعيوب كلا من النظامين

• بالنسبه لنظام فولتيه 110 من ناحية الامان يكون افضل من نظام فولتيه220 نظرا لإنخفاض الجهد – ولكن في حالة جهد 110فولت يكون التيار المسحوب أكبر من التيار المسحوب فى حالة جهد 220 فولت (تقريبا الضعف) نظرا لثبوت قدرة الأجهزه P=VIp.f (حيث كلما قل الجهد زاد التيار) لذلك نحتاج الى اسلاك ذات مساحة مقطع أكبر من الاسلاك المستخدمه في نظام 220فولت نظرا لكبر التيار وبالتالى تكون التكلفه الاقتصاديه فيه اكبر من نظام 220 فولت وأيضا يزداد الهبوط فى الجهد فى حالة 110 فولت لزيادة التيار المار فى الأسلاك

بالنسبه لخطوط النقل : من المعلوم أن المفاعله الحثيه (Inductive reactance (X تتناسب طرديا مع التردد حيث X = 2πfL وبالتالى فى حالة تردد 60 Hz سوف تكون قيمتها أكبر من قيمتها فى حالة 50 Hz وبالتالى يزداد الهبوط فى الجهد على طول الخط (IX) مما يقلل من كفاءة نقل القدره – من ناحيه أخرى من المعلوم أن ظاهرة Skin effect تزداد بزيادة التردد حيث كلما زاد التردد قلت مساحة المقطع الفعليه التى يمر فيها التيار وبالتالى تزداد مقاومة الخط لأن المقاومه تتناسب عكسيا مع مساحة المقطع وبالتالى تسبب زيادة المقاومه R زيادة المفاقيد النحاسيه (I^2*R) أى أنه فى حالة تردد 60 هرتز تزداد مقاومة الخط وتزداد المفاقيد ولكن بدرجه طفيفه عن تردد 50 هرتز

• بالنسبه للمحولات : فى حالة تردد 60 هرتز سوف تزداد قيمة المفاقيد الحديديه iron losses وهى عباره عن نوعين

eddy current losses و Hysteresis losses لأن eddy current losses تتناسب طرديا مع مربع التردد (تتناسب مع 2^f ) أما Hysteresis losses تتناسب طرديا مع التردد (تتناسب مع f ) وبالتالى يؤدى زيادة هذه المفاقيد إلى سخونه فى القلب الحديدى فى حالة تردد 60 هرتز أكبر منها فى حالة تردد 50 هرتز ، كما أن حجم المحول يقل بزيادة التردد ويتضح ذلك من المعادله E = 4.44 fNAB حيث B هى كثافة الفيض المغناطيسي و A هى مساحة مقطع القلب الحديدى ومنها يكون (A= E/(4.44fN*B وبفرض ثبوت E,N,B نجد أن مساحة مقطع القلب الحديدى تتناسب عكسيا مع التردد وبالتالى يكون حجم المحول فى حالة تردد 60 هرتز أقل من حجمه فى حالة تردد 50 هرتز حيث أن حجم المحول يعتمد على مساحة القلب الحديدى والذى يتناسب عكسيا مع التردد

• فى حالة المولدات : من المعلوم أن التردد يعتمد على سرعة العضو الدوار أى على القدره الميكانيكيه المستخدمه لتحريك الروتور input mechanical power وبالتالى فى حالة التردد 60 هرتز تكون القدره الميكانيكيه المطلوبه أكبر منها فى حالة 50 هرتز مما يعنى أن كمية الوقود المطلوبه أكبر مما يزيد من تكاليف التشغيل

• فى حالة المواتير : تكون سرعة الموتور أكبر فى حالة 60 هرتز عنه فى حالة 50 هرتز لأن هناك علاقه مباشره بين السرعه والتردد

n = 120 f/p

أما بالنسبه للعزم فمعلوم أن العزم يتناسب مع V/f)^2) ويمكن المقارنه بين العزم فى الحالتين كالآتى

Torque at (110 V & 60 HZ) / Torque at (220 V & 50 HZ) = ((110/60)^2) / ((220/50)^2) = 0.17

مما يعنى أن العزم عند ( 110V & 60 HZ) يساوى 17 % من قيمة العزم عند (220V & 50 HZ) معنى هذا أنه لو لدينا موتور يعمل عند (110V & 60 HZ) وتم تشغيله على جهد 220 فولت وتردد 50 هرتز سينخفض العزم إلى 17 % من قيمته الأصليه ولحل هذه المشكله ولجعله يعمل عند نفس العزم الأصلى عند (110V & 60 HZ) يجب إجراء الآتى:

لا بد من جعل قيمة (V/f ) ثابته لكى يثبت العزم وبالتالى يجب خفض الجهد لكى يعمل الموتور بنفس العزم عند 60

110/60 = New Voltage /50

New Voltage = 110 * 50 / 60 = 91.7 V

إذا يجب تخفيض الجهد من 220 فولت إلى 91.7 فولت لكى يعمل الموتور عند نفس العزم

• بالنسبه للإضاءه : معلوم انه عند 50 هرتز يمر التيار بالصفر 101 مرة وفي حالة 60 يمر بالصفر 120 مرة خلال الثانية طبعا وهذا يؤدي لزيادة شدة الاضاءه ( عند تردد 60 هرتز )

أخيرا ليس هناك فروق جوهريه بين النظامين إذا ما تم تصميم الأجهزه والمعدات وأنظمة الكهرباء لتعمل على التردد والجهد المطلوب ولكن ذلك سيكون على حساب التكلفه التى تزيد بدرجه كبيره فى حالة تردد 60 هرتز