工頻（mains frequency（英），utility frequency（美））是 電網工作頻率 的簡稱，又稱 zhhans 電源頻率；zhhant 工頻，指電網中交流電的頻率，同一電網中的所有發電機、輸配電裝置和使用者均使用這一頻率的交流電。目前世界上大多數國家使用 50Hz 作為電網工作頻率，但也有美國（包含領地）、部分亞洲國家和地區使用 60Hz 工頻。 在第二次工業革命過程中，許多不同的頻率和電壓曾被使用過。由於建設電網的裝置投資巨大，電網規格的標準化進展緩慢。儘管如此，21 世紀以來，使用 50 Hz 工頻的電網趨向於使用 220240 伏電壓；使用 60 Hz 工頻的電網趨向於 100127 V 供電。 兩種頻率目前在世界上同時使用（日本同時使用這兩個頻率），而且在技術上、兩種頻率沒有優劣之分 AC Monteith CF Wagner ed Electrical Transmission and Distribution Reference Book 4th Edition Westinghouse Electric Corporation 1950 page 6。目前，沒有在全世界範圍內對電網頻率進行標準化的動力。 除非特別註明可以同時在 50 Hz 和 60 Hz 工頻上執行，電器不在設計的工頻的電網上工作可能導致效率降低甚至安全隱患。有些日本出售的電器能夠同時在 50Hz 和 60Hz。若電器有電源轉換器，將交流電轉換為直流電後再提供電器使用，也不受工頻頻率的影響。 影響因素 在選擇電網的工作頻率時需要考慮許多因素 B G Lamme The Technical Story of the Frequencies Transactions AIEE January 1918 reprinted in the Baltimore Amateur Radio Club newsletter The Modulator January March 2007。包括照明裝置、電動機、變壓器、發電機和輸電線路在內的裝置的工作特性都與電網頻率有關。這些因素相互影響，使得工頻的選擇具有相當的重要性：需要在儘量滿足互相矛盾的效能要求的基礎上進行妥協。 在 19 世紀晚期，電網的頻率越高，越有利於照明裝置工作和變壓器節約材料；與此同時，電網頻率越低，越有利於長距離傳輸線、電動機和旋轉變流器的設計。在大功率發電裝置成熟以前，電網工頻的選擇往往取決於該電網負載的型別。技術的進步最終掃清了弧光燈和電動機等不同型別負載使用同一頻率的障礙；同時，統一的供電系統也更加經濟，因為一天之中負載的變化更小。 照明裝置 商業電網的第一批用電器是白熾燈和裝有換向器的直流電機。這兩種裝置都能在直流下很好地工作，但直流電很難轉換電壓，且用電裝置大多隻能在額定電壓下工作。 若白熾燈工作於低頻電流之下，燈絲每半個週期冷卻一次，產生顯著的明暗變化；這種效應對弧光燈和後來的汞燈和熒光燈更明顯。 旋轉機械 換向器電機難以在高頻交流電下工作，因為快速變換的電流被電機繞組的電感所阻擋。儘管裝有換向器的交流電機在家用小型電器中被廣泛使用，但它們的功率都小於 1kW。感應電動機能在 50Hz 到 60Hz 很好地工作；但在 1890 年，由於缺乏低鐵損的材料，較高的頻率，如 133Hz，是不適用於旋轉機械的。 由於電機轉速正比於交流電頻率，反比與磁極對數；因此，標準轉速與電網工頻之間相互制約。因此，一旦交流電動機普及，為了適配裝置，頻率的標準化變得越來越重要。 如果發電機的磁極對數一定，使用低轉速的往復式引擎驅動比使用高轉速的汽輪機驅動產生的頻率更低。如果原動機轉速較低，為提供高頻率而建造多磁極數發電機成本更高。同時，在低速下發電機更容易同步，進而更容易併網。早起用於提高轉速的皮帶傳動在大功率（幾千千瓦）下變得昂貴、低效而不可靠。到 1906 年，高轉速的蒸汽輪機驅動發電機方案為高工頻帶來優勢。穩定的轉速也滿足了旋轉變流器換向器的工作需要。 交流電機的同步轉速 N 用每分鐘轉數（RPM）可以表示為： N frac 120fP 其中 f 為交流電頻率，單位為赫茲（Hz），P 為磁極個數。 一些頻率下交流電機的同步轉速 磁極個數 RPM at 133 Hz RPM at 60 Hz RPM at 50 Hz RPM at 40 Hz RPM at 25 Hz RPM at 16 Hz 2 8000 3600 3000 2400 1500 1000 4 4000 1800 1500 1200 750 500 6 26667 1200 1000 800 500 3333 8 2000 900 750 600 375 250 10 1600 720 600 480 300 200 12 13333 600 500 400 250 1667 14 11429 5143 4286 3428 2143 1429 16 1000 450 375 300 1875 125 18 8889 400 333 266 166 1111 20 800 360 300 240 150 100 直流電並未完全被交流電取代，目前仍用於電氣化鐵路、電信和電化學等領域，一些長距離及水底的電力傳輸系統會採用高壓直流輸電。在半導體整流裝置出現前，常用汞弧整流器、旋轉變流器來進行整流。 中國工頻歷史 1928 年 7 月 16 日，亞浦耳公司向上海社會局公用局呈文，呈請上海特別市政府轉請中央主管機關，建議規定 200 伏和 50 赫茲為中國電壓頻率標準。1929 年 2 月，國民政府建設委員會電氣處分六個步驟開始制訂中國電壓頻率標準。 國民政府建設委員會制訂《電氣事業電壓周率標準規則》，經行政院核准，1930 年 9 月 12 日以建設委員會會公佈令第五十七號，自中華民國二十年一月一日起施行。1935 年關東軍要求滿洲電氣委員會統一頻率，規定 50 周波為標準頻率，廢除直流、60 赫茲、25 赫茲各家發電廠。 1953 年 6 月由中央人民政府政務院燃料工業部頒佈《電力系統排程管理暫行條例》第 97 條規定：電力系統的周率應連續不斷地保持在五十週波的水平上。其差別不得大於 05（505495）周波。 日本電源頻率歷史 日本的交流電源的頻率有兩種，日本東部為 50Hz、日本西部為 60Hz，兩者大致以糸魚川靜岡構造線為分界。日本是唯一擁有兩種不同頻率電網，並使用變頻設施互聯的國家。 明治時期受到美國的電流戰爭影響，在日本也引發相同的爭論，當時東京電燈採用直流電，而大阪電燈採用交流電。但到了 1887 年，東京電燈決定改用交流輸電，引進德國 AEG 公司製造的 50Hz 規格發電機，並在關東大地震之後所屬地區內統一為 50Hz 交流電。但在關西，成立於 1888 年的大阪電燈從一開始就選擇交流輸電，引進美國奇異公司製造的 60Hz 規格發電機。以這兩間公司為中心，各地的電力供應逐漸整合，形成了東西頻率的差異。在二戰結束後，也有重新統一日本全國輸電頻率的構想，但未能實現。 跨越東西兩電網的東海道新幹線全線採用 25kV、60Hz 的交流電；北陸新幹線則存在 50Hz 及 60Hz 兩種供電區間，列車可對應兩種頻率。 在 2011 年福島第一核電廠事故後，日本政府陸續將多個核電廠停止運轉，結果各地出現了電力短缺。有觀點認為東西兩方的電網未能互通，是造成電力短缺的原因之一。此後日本陸續建設變電站與高壓輸電線，讓東西電網可以達到部分相互融通，現在未連線到全國電網的只有沖繩電力所屬地區。 400 Hz 美國軍用標準規定了 400Hz、115200V 交流電為美軍裝置的標準頻率，包含戰鬥機、太空裝置、軍艦和潛艦等，有別於美國民生用電標準的 60Hz。 400Hz 的變壓器和馬達比 5060Hz 的變壓器和馬達更小、更輕，更適合安裝在空間狹小的軍用飛機和艦船。 噪音和幹擾 交流供電的裝置會以其使用的交流電源頻率的倍數發出特有的聲響。它通常是由馬達和變壓器鐵芯疊片隨磁場同步振動而產生的。這種聲響也可能出現在音訊系統中，其中放大器的電源濾波器或訊號遮蔽不足導致。 各國電源頻率 使用 60Hz 的國家 地區 亞洲 大洋洲 （西日本）門井龍太郎、電気の周波數と電圧 世界日本 電氣學會雜誌 1991 年 111 巻 12 號 p10111014 北美洲 中美洲 波多黎各自由邦 南美洲 參考文獻 引用 書目 Furfari FA The Evolution of PowerLine Frequencies to 25 Hz Industry Applications Magazine IEEE SepOct 2000 Volume 6 Issue 5 Pages 1214 Rushmore DB Frequency AIEE Transactions Volume 31 1912 pages 955983 and discussion on pages 974978 Blalock Thomas J Electrification of a Major Steel Mill Part II Development of the 25 Hz System Industry Applications Magazine IEEE SepOct 2005 Pages 912 來源 Category 電力