ايهما افضل نظام 220 فولت وتردد 50 هرتز أم نظام 110 فولت و تردد 60 هرتز ؟

ايهما افضل نظام 220 فولت وتردد 50 هرتز أم نظام 110 فولت و تردد 60 هرتز ؟

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

• بالنسبه لنظام فولتيه 110 من ناحية الامان يكون افضل من نظام فولتيه220 لأن فرق الجهد أقل وبالتالى التيار الذى سيمر فى جسم الإنسان فى حالة ملامسته لمعده أو جهاز به خطأ fault سوف يكون أقل تبعا لقانون أوم I=V/R حيث Vأقل ومقاومة جسم الإنسان ثابته وبالتالى التيار I سيكون أقل وبالتالى أمان أكثروهذا النظام  مستخدم هذا النظام بامريكا والسعوديه ودول اخرى ومن ناحيه أخرى نظام ال 110 فولت تكون التكلفه الاقتصاديه فيه اكبر منن نظام 220 لان التيار المسحوب يكون اكبر نظرا لثبوت قدرة الأجهزه P=V*I*p.f حيث V أقل وبالتالى I أكبر عند ثبوت P لذلك نحتاج الى اسلاك ذات مساحة مقطع أكبر من الاسلاك المستخدمه في نظام 220 لكبر التيار.

• بالنسبه لخطوط النقل : 

من المعلوم أن المفاعله الحثيه (Inductive reactance (X تتناسب طرديا مع التردد حيث 
X = 2*π*f*L وبالتالى فى حالة ترددHZ 60  سوف تكون قيمتها أكبر من قيمتها فى  حالة 50 HZ وبالتالى يزداد الهبوط فى الجهد على طول الخط (I*X) 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 نوعينeddy current losses و Hysteresis losses لأن eddy current lossesتتناسب طرديا مع مربع التردد (تتناسب معf^2 ) أما Hysteresis losses تتناسب طرديا مع التردد (تتناسب مع f ) وبالتالى يؤدى زيادة هذه المفاقيد إلى سخونه زائده 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 *f*N*A*B حيث B هى كثافة الفيض المغناطيسي و A هى مساحة مقطع القلب الحديدى ومنها يكون (A= E/(4.44*f*N*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 الروتورinput mechanical power 

  وبالتالى فى حالة التردد 60 هرتز تكون القدره الميكانيكيه المطلوبه أكبر منه 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) The developed torque of the motor varies with (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 (220V & 60 HZ) يجب إجراء الآتى
لا بد من جعل قيمة (V/f ) ثابته لكى يثبت العزم وبالتالى يجب خفض الجهد لكى يعمل الموتور عند 50 هرتز
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 الاناره ( عند تردد 60 هرتز ) لأنه كما هو معلوم أن شدة الإناره تنعدم عندما يمر التيار بالصفر وكلما زاد عدد المرات التي يمر فيها التيار بالصفر (أى زيادة التردد) زاد عدد المرات التى تنعدم فيها شدة الإناره وبالتالى لا تستطيع العين ملاحظة هذا العدد الكبير لإنطفاء الإناره مما يعنى زيادة شدة الإناره

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