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为什么不同国家采用不同电压等级?产品工程师应该知道的那些知识

发布时间:2016-09-06 点击次数:1528次 来源: 类别:进阶工程篇

      经常出国的小伙伴,可能纳闷为什么部分国家跟中国一样采用220V的民用电,却又有部分国家例如美国采用110V的民用电?这究竟是为什么呢?如有兴趣了解,请往下阅读,这里将告诉您真相》》》

首先来个温馨提醒》》》

   早些年出过国的伙伴有遇到过如下图这种情况吗?由于携带的用电设备输入电压范围跟旅行当地国不同而不能正常使用。现今依然不少用电设备不能满足全球用电电压范围,下面给大家整理出世界主要国家的民用电电压等级,请了解》》》

  

  根据官方不完全统计。使用110~130V电压等级的国家和地区有美国、加拿大、巴拿马、古巴、黎巴嫩、墨西哥等国和中国台湾等三十多个国家和地区。    使用220V~230V的有英国、德国、法国、中国、新加坡、香港(200V)、意大利、西班牙、希腊、奥地利、荷兰、菲律、泰国、挪威、新加坡、印度、纽西兰、澳洲等120个国家和地区。那么这些国家和地区的电压等级为什么不一样呢?这还得从两位世纪伟人爱迪生和特斯拉说起》》》

    

在电力使用的早期历史中,爱迪生的通用电力公司首先在美国使用110V电压为客户供给直流电。

 为啥选110V呢?  

 因为电压越高,发电机的绝缘材料就要求越高,降低电压就能降低绝缘,使得发电机制造的更加紧凑,所以选择了100V左右。而定110V这个数,一方面有人认为可能是因为爱迪生老先生凭经验拍出一个安全些的人体电压,而且他制作的碳丝白炽灯,在110V电压下运行良好,爱迪生认为这是配电中安全经济的电压。高了触电就危险,低了灯泡发亮效果不好。    另一方面可能是为了计算方便,100多年前没有计算机,计算变压器的端口电压有如下公式:                   

          E=4.44fNΦm   

 其中E:感应电动势,f:频率,N:线圈匝数,Φm:单匝线圈的最大磁通量(m是max的意思)。取E=110V、220V这样的电压等级,把4.44除到等式左边来,fNΦm就基本可以等于一个整数。这样大大方便了参数的计算,也就方便了设备的制造。 

   而后几年,特斯拉发明了3相的240V交流电,但出于安全考虑他也把电压降低到了110V,并最终在西屋电气公司的资助下,他的交流电体系成为了美国的供电标准。因为美国采用的是英制单位(12进制),为计算方便,标准确定为110V/60Hz的规格。

接下来故事主角从美国转移到了欧洲》》》    

商用交流电大获成功之后,欧洲迅速引进了交流发电、馈电技术。欧洲除英国外均使用公制单位(10进制),为计算方便将频率改为了50Hz。后因110V电压较低,同功率下,比220V时电流大,用铜多,电网传输损耗较大,所以当时处于欧洲垄断地位的德国AEG公司主导将电压规格改为了220V。此电压规格由110V倍压而来,技术改造相对最简单,于是在欧洲国家就形成了220V/50Hz的交流电网标准。因为二战后欧洲还没有太多的电力设施和用电设备,所以这次改变成本并不是很大。

    后来,美国也考虑改用220V来提供市电,但是随着家庭中适配110V电压的家用电器增多,已经错过了最佳时机。如果强行更改电压规格,不仅会淘汰大量现役电器和设备造成太大浪费,相信也会搞的民怨载道。最后妥协的方案是:220V电力进入家庭后再分为110V来给大部分电器供电,像电炉、电烘干机等大功率电器则用220V。

那么中国的选择呢?》》》   

 由于中国历史原因,电力出现在中国的半殖民时期,最早的交流电网并没有统一的标准,只是局部的小型电网,设备由各发达工业国提供,规格自然五花八门。1949年以后,中国的工业化全面转向苏联模式,电网建设也遵照苏联标准,而苏联采用的也是欧洲标准,于是220V/50Hz最终定为中国的电网标准。    其中,由于历史遗留问题,建国后东北地区及上海市的部分原租界地区,用的仍是110V电压标准,直到上世纪60年代后期,才统一使用220V电压。

奇葩的日本》》》   

  电压采用100V。日本经济产业省资源能源厅的说法是“一旦触电时,低电压对人体的冲击小,为防止事故的发生和重视安全性采用100V”。业界人士的说法“在统一电压的大正时代,市面上普及的灯泡都是100V”。虽然想和美国当时的电压110V相符,但“如果采用110V的话,灯泡的寿命会变短,所以下调到100V。到这里,不得不说真会想。

另类比较:110V和220V到底哪个安全?   

    引起触电死亡的确实是电流而不是电压。根据欧姆定律I=U/R,人在碰触110V和220V时电阻基本是不变的,于是电压越高当然通过人体的电流就越大,所以还是低压更安全。

    人体的安全电压是36V,也有24V这一档,是根据不同的环境定的,干燥环境安全电压就可以高一些。

110V和220V哪个更加经济?  

    1、输送同样的功率,220V比110V损耗少;

    2、电压提高一倍,可以节省导线截面积一半的输电线;
    3、考虑实际线路干扰和损耗,高电压传输的距离更远;

    4、220V的市电是50Hz,与110V频率60Hz相比较,电动机功率体积比更小,能节约很多制造电机的材料。电压等级不同增加国际化产品研发投入》》》    从经济角度考虑,世界各地采用不同电压等级,也增加工业产品的研发、生产投入。

    整篇长篇大论下来,估计大家都知道世界主要地区的民用电压等级为什么不一样啦。希望大家有所收获,谢谢阅读!          (本文部分内容,部分来自网络内容,部分内容个人观点。)

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