History Of Power Frequency

Many different power frequencies were used in the 19th century. Very early isolated AC generating schemes used arbitrary frequencies based on convenience for steam engine, water turbine and electrical generator design. Frequencies between 16⅔ Hz and 133⅓ Hz were used on different systems. For example, the city of Coventry, England, in 1895 had a unique 87 Hz single-phase distribution system that was in use until 1906. The proliferation of frequencies grew out of the rapid development of electrical machines in the period 1880 through 1900. In the early incandescent lighting period, single-phase AC was common and typical generators were 8-pole machines operated at 2000 RPM, giving a frequency of 133 cycles per second.

Though many theories exist, and quite a few entertaining urban legends, there is little certitude in the details of the history of 60 Hz vs 50 Hz.

The German company AEG (descended from a company founded by Edison in Germany) built the first German generating facility to run at 50 Hz, allegedly because 60 was not a preferred number. AEG’s choice of 50 Hz is thought by some to relate to a more “metric-friendly” number than 60. At the time, AEG had a virtual monopoly and their standard spread to the rest of Europe. After observing flicker of lamps operated by the 40 Hz power transmitted by the Lauffen-Frankfurt link in 1891, AEG raised their standard frequency to 50 Hz in 1891.

Westinghouse Electric decided to standardize on a lower frequency to permit operation of both electric lighting and induction motors on the same generating system. Although 50 Hz was suitable for both, in 1890 Westinghouse considered that existing arc-lighting equipment operated slightly better on 60 Hz, and so that frequency was chosen.[5] Frequencies much below 50 Hz gave noticeable flicker of arc or incandescent lighting. The operation of Tesla’s induction motor required a lower frequency than the 133 Hz common for lighting systems in 1890. In 1893 General Electric Corporation, which was affiliated with AEG in Germany, built a generating project at Mill Creek, California using 50 Hz, but changed to 60 Hz a year later to maintain market share with the Westinghouse standard.

25 Hz origins

The first generators at the Niagara Falls project, built by Westinghouse in 1895, were 25 Hz because the turbine speed had already been set before alternating current power transmission had been definitively selected. Westinghouse would have selected a low frequency of 30 Hz to drive motor loads, but the turbines for the project had already been specified at 250 RPM. The machines could have been made to deliver 16⅔ Hz power suitable for heavy commutator-type motors but the Westinghouse company objected that this would be undesirable for lighting, and suggested 33⅓ Hz. Eventually a compromise of 25 Hz, with 12 pole 250 RPM generators, was chosen. Because the Niagara project was so influential on electric power systems design, 25 Hz prevailed as the North American standard for low-frequency AC.

40 Hz origins

A General Electric study concluded that 40 Hz would have been a good compromise between lighting, motor, and transmission needs, given the materials and equipment available in the first quarter of the 20th Century. Several 40 Hz systems were built. The Lauffen-Frankfurt demonstration used 40 Hz to transmit power 175 km in 1891. A large interconnected 40 Hz network existed in north-east England (the Newcastle-upon-Tyne Electric Supply Company, NESCO) until the advent of the National Grid (UK) in the late 1920s, and projects in Italy used 42 Hz. The oldest continuously-operating commercial hydroelectric power plant in the United States, at Mechanicville, New York, still produces electric power at 40 Hz and supplies power to the local 60 Hz transmission system through frequency changers. Industrial plants and mines in North America and Australia sometimes were built with 40 Hz electrical systems which were maintained until too uneconomic to continue. Although frequencies near 40 Hz found much commercial use, these were bypassed by standardized frequencies of 25, 50 and 60 Hz preferred by higher volume equipment manufacturers.

Standardization

In the early days of electrification, so many frequencies were used that no one value prevailed (London in 1918 had 10 different frequencies). As the 20th century continued, more power was produced at 60 Hz (North America) or 50 Hz (Europe and most of Asia). Standardization allowed international trade in electrical equipment. Much later, the use of standard frequencies allowed interconection of power grids. It wasn’t until after World War II with the advent of affordable electrical consumer goods that more uniform standards were enacted.

In Britain, implementation of the National Grid starting in 1926 compelled the standardization of frequencies among the many interconnected electrical service providers. The 50 Hz standard was completely established only after World War II.

Because of the cost of conversion, some parts of the distribution system may continue to operate on original frequencies even after a new frequency is chosen. 25 Hz power was used in Ontario, Quebec, the northern USA, and for railway electrification. In the 1950s, many 25 Hz systems, from the generators right through to household appliances, were converted and standardized. Some 25 Hz generators still exist at the Beck 1 and Rankine generating stations near Niagara Falls to provide power for large industrial customers who did not want to replace existing equipment; and some 25 Hz motors and a 25 Hz electrical generator power station exist in New Orleans for floodwater pumps. Some of the metre gauge railway lines in Switzerland operate at 16⅔ Hz, which can obtained from the local 50 Hz 3 phase power grid through frequency converters.

In some cases, where most load was to be railway or motor loads, it was considered economic to generate power at 25 Hz and install rotary converters for 60 Hz distribution.Converters for production of DC from alternating current were larger and more efficient at 25 Hz compared with 60 Hz. Remnant fragments of older systems may be tied to the standard frequency system via a rotary converter or static inverter frequency changer. These allow energy to be interchanged between two power networks at different frequencies, but the systems are large, costly, and consume some energy in operation.

Rotating-machine frequency changers used to convert between 25 Hz and 60 Hz systems were awkward to design; a 60 Hz machine with 24 poles would turn at the same speed as a 25 Hz machine with 10 poles, making the machines large, slow-speed and expensive. A ratio of 60/30 would have simplified these designs, but the installed base at 25 Hz was too large to be economically opposed.

In the United States, the Southern California Edison company had standardized on 50 Hz. Much of Southern California operated on 50 Hz and did not completely change frequency of their generators and customer equipment to 60 Hz until around 1948. Some projects by the Au Sable Electric Company used 30 Hz at transmission voltages up to 110,000 volts in 1914.

In Mexico, areas operating on 50 Hz grid were converted during the 1970s, uniting the country under 60 Hz.

In Japan, the western part of the country (Kyoto and west) uses 60 Hz and the eastern part (Tokyo and east) uses 50 Hz. This originates in the first purchases of generators from AEG in 1895, installed for Tokyo, and General Electric in 1896, installed in Osaka.

Utility Frequencies in Use in 1897 in North America
Cycles Description
140 Wood arc-lighting dynamo
133 Stanley-Kelly Company
125 General Electric single-phase
66.7 Stanley-Kelly company
62.5 General Electric “monocyclic”
60 Many manufacturers, becoming “increasing common” in 1897
58.3 General Electric Lachine Rapids
40 General Electric
33 General Electric at Portland Oregon for rotary converters
27 Crocker-Wheeler for calcium carbide furnaces
25 Westinghouse Niagara Falls 2-phase – for operating motors

Even by the middle of the 20th century, utility frequencies were still not entirely standardized at the now-common 50 Hz or 60 Hz. In 1946, a reference manual for designers of radio equipment listed the following now obsolete frequencies as in use. Many of these regions also had 50 cycle, 60 cycle or direct current supplies.

Frequencies in Use in 1946 (As well as 50 Hz and 60 Hz)
Cycles Region
25 Canada (Southern Ontario), Panama Canal Zone(*), France, Germany, Sweden, UK, China, Hawaii,India, Manchuria,
40 Jamaica, Belgium, Switzerland, UK, Federated Malay States, Egypt, West Australia(*)
42 Czechoslovakia, Hungary, Italy, Monaco(*), Portugal, Romania, Yugoslavia, Libya (Tripoli)
43 Argentina
45 Italy, Libya (Tripoli)
76 Gibraltar(*)
100 Malta(*), British East Africa

Where regions are marked (*), this is the only utility frequency shown for that region.

 

Banyak frekuensi daya yang berbeda digunakan pada abad ke-19. Sangat awal AC terisolasi skema menghasilkan frekuensi yang digunakan sewenang-wenang berdasarkan kenyamanan untuk mesin uap, turbin air dan desain generator listrik. Frekuensi antara 16 ⅔ Hz dan 133 Hz ⅓ digunakan pada sistem yang berbeda. Misalnya, kota Coventry, Inggris, pada tahun 1895 memiliki 87 unik Hz fasa-tunggal sistem distribusi yang digunakan sampai 1906. Perkembangan frekuensi tumbuh dari pesatnya perkembangan mesin listrik pada periode 1880 sampai 1900. Pada periode awal lampu pijar, satu-fasa AC adalah biasa dan generator khas adalah mesin 8-tiang dioperasikan pada 2000 RPM, memberikan frekuensi 133 siklus per detik.

Meskipun banyak teori ada, dan tidak sedikit legenda kota menghibur, ada kepastian sedikit rincian sejarah 60 Hz vs 50 Hz.

Perusahaan Jerman AEG (turun dari sebuah perusahaan yang didirikan oleh Edison di Jerman) membangun fasilitas pembangkit pertama Jerman untuk berjalan pada 50 Hz, diduga karena 60 bukan nomor pilihan. pilihan AEG’s 50 Hz dianggap oleh beberapa orang untuk berhubungan dengan nomor lebih “metrik-ramah” dari 60. Pada saat itu, AEG memiliki monopoli virtual dan menyebar standar mereka ke seluruh Eropa. Setelah mengamati kedipan lampu dioperasikan oleh kekuatan Hz 40 ditularkan oleh link Lauffen-Frankfurt pada tahun 1891, AEG mengangkat standar frekuensi mereka untuk 50 Hz pada tahun 1891.

Westinghouse Electric memutuskan untuk membakukan pada frekuensi yang lebih rendah untuk memungkinkan pengoperasian baik penerangan listrik dan motor induksi pada sistem pembangkit yang sama. Meskipun 50 Hz cocok untuk kedua, pada tahun 1890 Westinghouse menganggap bahwa ada busur-perlengkapan penerangan dioperasikan sedikit lebih baik pada 60 Hz, dan frekuensi yang dipilih. [5] Frekuensi jauh di bawah 50 Hz memberikan penerangan terlihat berkedip busur atau pijar. Pengoperasian motor induksi Tesla diperlukan frekuensi yang lebih rendah dari 133 Hz umum untuk sistem pencahayaan pada tahun 1890. Pada tahun 1893 General Electric Corporation, yang berafiliasi dengan AEG di Jerman, membangun sebuah proyek pembangkit di Mill Creek, California menggunakan 50 Hz, tetapi berubah menjadi 60 Hz setahun kemudian untuk mempertahankan pangsa pasar dengan standar Westinghouse.

25 Hz asal

Generator pertama di proyek Niagara Falls, dibangun oleh Westinghouse pada tahun 1895, adalah 25 Hz karena kecepatan turbin sudah ditetapkan sebelum transmisi listrik arus bolak-balik sudah pasti dipilih. Westinghouse akan memilih frekuensi rendah 30 Hz untuk menggerakkan beban motor, tetapi turbin untuk proyek tersebut telah ditetapkan pada 250 RPM. Mesin-mesin bisa saja dibuat untuk memberikan 16 ⅔ daya Hz cocok untuk motor komutator tipe berat tetapi perusahaan Westinghouse keberatan bahwa ini akan tidak diinginkan untuk penerangan, dan menyarankan ⅓ 33 Hz. Akhirnya suatu kompromi dari 25 Hz, dengan 12 tiang 250 RPM generator, dipilih. Karena proyek Niagara sangat berpengaruh pada desain sistem tenaga listrik, 25 Hz menang sebagai standar Amerika Utara untuk AC frekuensi rendah.

40 Hz asal

Sebuah studi menyimpulkan bahwa General Electric 40 Hz akan menjadi kompromi yang baik antara kebutuhan pencahayaan, motor, dan transmisi, mengingat bahan dan peralatan yang tersedia pada kuartal pertama abad ke-20. Beberapa 40 Hz sistem dibangun. Demonstrasi Lauffen-Frankfurt digunakan 40 Hz untuk daya pancar 175 km pada tahun 1891. Sebuah jaringan interkoneksi besar 40 Hz ada di Inggris utara-timur (dari Newcastle-upon-Tyne Electric Supply Company, NESCO) sampai datangnya dari Grid Nasional (Inggris) pada akhir tahun 1920, dan proyek-proyek di Italia digunakan 42 Hz. Komersial tertua terus-operasi pembangkit listrik tenaga air di Amerika Serikat, di Mechanicville, New York, masih menghasilkan tenaga listrik pada 40 Hz dan pasokan listrik untuk sistem transmisi lokal 60 Hz melalui pengubah frekuensi. tanaman industri dan pertambangan di Amerika Utara dan Australia kadang-kadang dibangun dengan sistem 40 Hz listrik yang dipertahankan sampai terlalu ekonomis untuk melanjutkan. Meskipun frekuensi dekat 40 Hz menemukan banyak penggunaan komersial, ini adalah dilewati oleh frekuensi standar 25, 50 dan 60 Hz disukai oleh produsen peralatan volume yang lebih tinggi.

Standardisasi

Pada hari-hari awal elektrifikasi, begitu banyak frekuensi yang digunakan tidak ada nilai satu menang (London pada tahun 1918 memiliki 10 frekuensi yang berbeda). Ketika abad ke-20 lanjutan, kekuasaan lebih banyak diproduksi pada 60 Hz (Amerika Utara) atau 50 Hz (Eropa dan sebagian besar Asia). Standardisasi diperbolehkan perdagangan internasional dalam peralatan listrik. Lama kemudian, penggunaan frekuensi standar memungkinkan interkoneksi dari jaringan listrik. Tidak sampai setelah Perang Dunia II dengan munculnya terjangkau barang-barang konsumsi listrik yang lebih seragam standar yang berlaku.

Di Inggris, pelaksanaan Grid Nasional pada 1926 memaksa standarisasi frekuensi antara saling banyak penyedia layanan listrik. 50 Hz standar benar-benar didirikan hanya setelah Perang Dunia II.

Karena biaya konversi, beberapa bagian dari sistem distribusi dapat terus beroperasi pada frekuensi asli bahkan setelah frekuensi baru dipilih. 25 Hz kekuasaan digunakan di Ontario, Quebec, utara Amerika Serikat, dan untuk listrik kereta api. Pada tahun 1950, banyak sistem 25 Hz, dari pembangkit sampai ke peralatan rumah tangga, telah dikonversi dan standar. Beberapa 25 Hz generator masih ada di Beck 1 dan stasiun pembangkit Rankine dekat Niagara Falls untuk menyediakan listrik untuk pelanggan industri besar yang tidak ingin mengganti peralatan yang ada, dan beberapa 25 Hz motor dan 25 Hz stasiun pembangkit listrik yang ada di New Orleans untuk pompa air banjir. Beberapa jalur kereta api gauge meter di Swiss beroperasi pada 16 ⅔ Hz, yang dapat diperoleh dari 50 lokal 3 grid power phase Hz melalui konverter frekuensi.

Dalam beberapa kasus, di mana beban yang paling adalah menjadi kereta api atau motor beban, itu dianggap ekonomi untuk menghasilkan listrik di 25 Hz dan menginstal konverter berputar selama 60 distribution.Converters Hz untuk produksi DC dari arus bolak lebih besar dan lebih efisien di 25 Hz dibandingkan dengan 60 Hz. fragmen Remnant sistem yang lebih tua dapat terikat ke sistem standar frekuensi melalui sebuah konverter rotari atau changer inverter frekuensi statis. Energi ini memungkinkan untuk dipertukarkan antara dua jaringan listrik pada frekuensi yang berbeda, namun sistem yang besar, mahal, dan mengkonsumsi energi beberapa di operasi.

penukaran frekuensi berputar-mesin yang digunakan untuk mengkonversi antara 25 Hz dan 60 Hz sistem yang canggung untuk merancang, sebuah mesin 60 Hz dengan 24 tiang akan berubah dengan kecepatan yang sama sebagai mesin Hz 25 dengan 10 tiang, membuat mesin besar, lambat kecepatan dan mahal. Sebuah rasio 60/30 akan disederhanakan desain ini, tapi dasar terinstal pada 25 Hz terlalu besar untuk secara ekonomi menentang.

Di Amerika Serikat, perusahaan Southern California Edison telah standar pada 50 Hz. Banyak dari California Selatan dioperasikan pada 50 Hz dan tidak benar-benar mengubah frekuensi generator dan peralatan pelanggan untuk 60 Hz sampai sekitar 1948. Beberapa proyek oleh Au Sable Electric Company menggunakan 30 Hz pada tegangan transmisi sampai 110.000 volt pada tahun 1914.

Di Meksiko, wilayah operasi pada 50 grid Hz dikonversi selama tahun 1970an, menyatukan negara di bawah 60 Hz.

Di Jepang, bagian barat negara (Kyoto dan barat) menggunakan 60 Hz dan bagian timur (Tokyo dan timur) menggunakan 50 Hz. Ini berasal dari pembelian pertama dari generator dari AEG pada tahun 1895, diinstal untuk Tokyo, dan General Electric di tahun 1896, dipasang di Osaka.

Utility Frekuensi di Gunakan pada 1897 di Amerika Utara
Siklus Deskripsi
140 Kayu busur-lampu dinamo
133 Stanley-Kelly Perusahaan
125 General Electric fase tunggal
66,7 Stanley-Kelly perusahaan
62,5 General Electric “monosiklik”
60 Banyak produsen, menjadi “peningkatan umum” pada 1897
58,3 General Electric Lachine Rapids
40 General Electric
33 General Electric di Portland Oregon untuk konverter berputar
27 Crocker-Wheeler untuk tungku kalsium karbida
25 Westinghouse Niagara Falls 2-fase – untuk operasi motor

Bahkan pada pertengahan abad ke-20, frekuensi utilitas masih tidak sepenuhnya standar pada 50 sekarang-common Hz atau 60 Hz. Pada tahun 1946, reference manual untuk desainer dari peralatan radio yang terdaftar frekuensi berikut usang sekarang sebagai digunakan. Banyak dari daerah juga memiliki siklus 50, 60 siklus atau pasokan arus searah.

Frekuensi di Gunakan pada tahun 1946 (Seperti halnya 50 Hz dan 60 Hz)
Siklus Daerah
25 Kanada (Ontario Selatan), Panama Canal Zone (*), Perancis, Jerman, Swedia, Inggris, Cina, Hawaii, India, Manchuria,
40 Jamaika, Belgia, Swiss, Inggris, Negara Federasi Melayu, Mesir, Australia Barat (*)
42 Cekoslovakia, Hungaria, Italia, Monako (*), Portugal, Rumania, Yugoslavia, Libya (Tripoli)
43 Argentina
45 Italia, Libya (Tripoli)
76 Gibraltar (*)
100 Malta (*), Afrika Timur Britania

Dimana daerah yang ditandai (*), ini adalah frekuensi utilitas hanya ditampilkan untuk wilayah itu.

%d bloggers like this: