我國的交流電頻率為50赫茲，或者某些國家是60赫茲，具體是怎麼推導出來的，不可以是其他的嗎？

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本文轉自能源觀察網

能源政乾方之能源常識專題

大家平時家裡用的電是50Hz的，Hz是赫茲的縮寫，代表一秒鐘電流周期性變換方向的次數，50Hz表示1秒鐘電流有50個周期，方向改變100次。

世界上有些國家，例如英美用的是60Hz的交流電，因為採用的是十二進位，什麼12星座、12小時、12先令等於1英鎊等等。後來的國家都採用十進位了，所以頻率是50Hz。當然還有某奇葩的漆器國，東邊用50Hz，西邊用60Hz。。。

總體來說50Hz和60Hz差別不大，以下就用50Hz代表吧。那為什麼要選用50Hz的交流電，而不是5Hz或400Hz呢？

先說頻率低了會怎麼樣吧。

頻率最低就是0，也就是直流。史上最經典的就是愛迪生和特斯拉的直流交流大戰，愛迪生為了證明特斯拉的交流電有危險，用交流電電死了若干動物，其中還包括一頭大象，愛老先生也是蠻拼的~（客觀上說，同樣的電流大小下，人體耐受直流電的時間是要長於耐受交流電的時間，跟心室震顫什麼的有關係，也就是交流電更危險）

不過最後愛迪生還是輸給了特斯拉，憑藉交流電方便改變電壓等級的優勢，交流電戰勝了直流電。在輸送功率相同的情況下，提高電壓，送電電流就能減小，消耗在線路上的能量就能降低。而直流電當時無法變壓，發電機出口端電壓只有幾百伏，為了減少損耗，只能減少送電功率和距離，所以愛迪生當時建的電廠有點像現在的分散式電源，到處都是。

直流送電另一個問題是難以開斷，直到現在這個問題還困擾著直流輸電。我們平時在拔一些電器的插銷時，還會打電火花。直流輸電的問題同電火花一樣，當電流大到一定程度時，這個電火花是無法熄滅的，我們稱之為「電弧」。對於交流電而言，電流會改變方向，因而有電流過零的時刻，利用這個小電流時間點，我們可以通過滅弧裝置切斷線路電流。但直流電流方向不會改變，沒有這個過零點，我們想要滅弧就難了。

直流講明白了，那低頻交流，比如5Hz的交流電有什麼問題呢？

一是變壓器效率的問題。變壓器是靠原邊的磁場變化，感應到副邊升壓或降壓的。磁場變化的頻率越慢，感應是越弱的，極端情況就是直流，根本沒有感應，所以頻率太低了不行。當然，太高了也會有漏磁太多的問題，後面會講到。（學過電機學的朋友可以回憶，變壓器等效電路中間有個勵磁支路，勵磁電抗Xm是與頻率乘正比的，只有頻率足夠大，勵磁電抗才能足夠大，以至於忽略勵磁電流的分流作用，忽略勵磁損耗）

二是用電設備功率問題。舉個身邊的例子吧，汽車發動機的轉速就是他的頻率，比如怠速時500轉/分鐘，加速換擋時是3000轉/分鐘，換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來了，轉速越高，發動機的勁兒（功率）越大。同樣道理，在相同頻率下，發動機越大，輸出功率越大，這也是為什麼柴油機個頭都比汽油大的原因，個兒大勁兒大的柴油機才能帶動公交卡車等重型汽車。

同理，電動機（或者說一切轉動機械）既要求個頭小，有要求輸出功率大，只有一個辦法——提高轉速，這也就是為什麼交流電頻率不能太低的原因，因為我們需要個頭小但功率大的電動機。類似的如，飛機的航空發動機，每分鐘轉速高達上萬轉，就是為了「小身體大能量」，飛機的電源也是400Hz的（24000轉/分），因為發動機轉速太高，發電的頻率就高了。變頻空調也是同樣的道理，通過變換交流電的頻率，來控制空調壓縮機的輸出功率。總之，功率與頻率在一定範圍內正相關。

（這裡順便說下現在汽車廠商的發動機功率參數。有些廠商為了表明今年的車型比去年的性能提高了，就把發動機的最大功率調高了，比如把240kW調高到260kW，乍一看以為發動機更先進了。其實各位還要再看一個參數——最大功率轉速，有時候這個參數也同步調高了。去年的車型是5000轉時達到最大功率，今年改成6000轉了，實際是用轉速的提高帶來了輸出功率的增加，而不是性能真正提高。發動機每分鐘6000轉什麼概念呢——大概是狠狠的地板油吧~）

再說說頻率大了會怎麼樣？比如定在400Hz怎麼樣？

會有兩個問題，一是線路和設備的損耗增加，二是發電機轉速過快。

先說損耗的事情，輸電線路、變電設備、用電設備，都是有電抗的，電抗與頻率成正比，頻率越高，電抗越大，消耗的無功就越大，能傳遞的有功功率就越少（回復「無功」，參見「為啥功率還分有功功率和無功功率」）。目前50Hz輸電線路的電抗約0.4歐姆，約是電阻的10倍，如果提高到400Hz，那電抗將是3.2歐姆，約是電阻的80倍。對於高壓輸電線路，降低電抗是提高輸電功率的關鍵。與電抗相對應的還有容抗，容抗和頻率成反比，頻率越高，容抗越小，線路的泄漏電流越大。（因為電纜的電容效應較大，所以這也是電纜線路送電距離不能過長的原因。）如果頻率高了，則線路的泄漏電流也會增加。

另一個問題是發電機的轉速。現在的發電機組基本是單級機，也就是一對磁極。為了發出50Hz的電，轉子每分鐘轉速要達到3000轉。咱們的汽車發動機轉速達到3000轉時，就能明顯感覺引擎在振動作響了，轉到六七千轉時，你會覺得發動機要跳出引擎蓋。小小的汽車發動機尚且如此，更何況是一個重達百噸的實心鐵疙瘩轉子與汽輪機，也因此發電廠的噪音都很大。一個重達百噸的鋼轉子每分鐘轉3000轉談何容易，如果頻率再高三四倍，估計發電機能飛出廠房了。

如此重的轉子具有相當大的慣性，這也是電力系統被稱為慣性系統，能保持安全穩定運行的前提。同樣也是為什麼風電和太陽能這種間歇性電源對傳統電源提出挑戰的原因。因為風光變化很快，但幾十噸重的轉子由於巨大的慣性，要減少出力或增加出力的速度很慢（爬坡率的概念），跟不上風電和光伏發電的變化，所以有時不得不棄風和棄光。另外，光伏電池不是旋轉設備，即非慣性系統，大量接入後，降低了電力系統的慣性，這也會對安全穩定運行造成影響。

總結一下，頻率不能太低的原因：變壓器能效率高，電動機可以個頭小功率大。頻率不能太高的原因：線路和設備可以損耗小，發電機轉速不必過高。所以根據經驗和習慣，我們的電能就被定在在50或60Hz。

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能夠對司空見慣的現實存在提出質疑，是學者一種可貴的特質。透過「能源政乾方」的一系列文章，展現了能源院有一批青年才俊，他們充滿了追根溯源的探索精神，值得讚賞。

交流電網的頻率，是電能質量的重要標誌之一，直接關係許多電能驅動設備的產品質量，如紡織業、電子業、航空航天業等；也是電網調度賴以控制電力系統運行的核心參數，比如調峰調頻和互聯網的區域控制誤差（ACE）。如此關鍵的指標，為什麼選取50赫茲（或60赫茲），教科書上少有述及，也罕見有人對此刨根問底，《為什麼用電頻率是50Hz？》一文，對電網頻率的前世今生，給出了較為科學的分析，令人耳目一新。

交流電網頻率從零亂到趨同，是電力工業發展歷程的重要一章，恰恰也是容易被忽略的一篇。供電系統有史以來究竟出現多少種頻率恐怕難以說清，有限的文獻記載，除航空器外，高的有1331/3Hz（雙極8000轉），低的有161/3Hz（雙極1000轉），千差萬別。究其原因，影響交流電網頻率選擇的因素複雜化是根本，但主要集中在用電設施、輸變電設施和原動機方面，對相關因素的分析，必須放到當時的歷史背景下展開討論。

負荷特性是決定因素之一，以供照明負荷為主的電網趨於選擇較高的頻率，白熾燈在40 Hz下就存在明顯的閃爍；而以供感應電機負荷為主的電網趨於選擇較低的頻率（目前有些電力機車供電系統還採用25 Hz，通過換流器與大電網連接），在19世紀末29世紀初的製造條件下，可以生產在50Hz系統能夠運轉良好的電機，卻難造出在1331/3Hz系統運行的感應電機，因此，對於兼有多種負荷的系統，折中不失為現實方案，比如建於1895年的英國考文垂的單相電力系統的頻率就選取87 Hz，一直沿用至1906年。

輸變電設施是決定因素之二，從變電設施的角度趨於選擇較高的頻率，有利於減少變壓器的體積和材料，這也是為什麼飛機現在依然普遍採用400 Hz供電系統的主要原因，減輕重量是飛行器製造的首選目標。但從輸電的角度，尤其是長距離輸電，則傾向於選擇較低的頻率，頻率越低，線路的阻抗也越低，輸電損耗就越少，僅此而言，直流輸電有其優越性，兼顧兩方面的特性，也需要尋求平衡。

原動機和驅動系統是決定因素之三，在當時的機械製造水平，變速系統成本高昂，因此，原動機的轉速直接成為發電機的轉速，發電機的極數受制於材料，對頻率的提高有諸多的限制，西屋公司首建於1895年的尼加拉瓜瀑布水電站，選用的頻率就是25 Hz（12極250RPM），主要就是水輪機的轉速限定的。由於該電站的重要性和西屋公司的統治地位，25 Hz也一度成為北美低頻交流的頻率標準（美國北部、加拿大渥太華、魁北克地區的一些配電系統一直沿用到20世紀50年代）。

當然，技術上還有很多影響因素，比如早期電網的運行水平，頻率低的系統，同步併網的難度就小，受到運行者的青睞，還有同步電鐘的問題，60進位顯示了優越性，後來還有交流噪音問題，林林總總。可見，諸多的技術元素左右著頻率的選擇。

回溯交流電網頻率的統一過程，不純粹是技術之爭，其中也可窺見權力角逐。技術分析表明，根據20世紀上半葉的實際，綜合上述各項影響因素，40 Hz可能是最好的選擇，也確實有很多系統採用了40 Hz，德國早期的勞芬--法蘭克福聯網系統採用的是40 Hz（1891年，輸電距離長達175公里），英格蘭東北部電網在20世紀20年代成立英國國家電網之前也一直使用40 Hz，義大利也是使用40 Hz系列（42 Hz），匈牙利也是接近使用40 Hz（412/3 Hz），但該頻率最終沒能成為標準，顯然技術不是唯一的原因。

在標準的形成過程中，設備製造商和電網經營者起到了決定性的的作用。在歐洲，電機、變壓器生產商，德國的VDE公司推薦25 Hz和50 Hz兩項標準，到1914年放棄了25Hz，全力推動50 Hz。同時，愛迪生德國公司設立的AEG公司19世紀末首次建造德國的發電設施，採用50Hz，之後依託其垂直壟斷力，攜手在歐洲推行50 Hz標準，歷時40餘年，直到二戰之後才真正形成；而在美國，兼有製造和運行交流供電技術優勢的西屋公司，在1890年後力推60 Hz的較高頻率的標準（相對25 Hz低頻交流的頻率標準），在美國系統沿用至今，期間，1893年，美國GE公司按照其愛迪生系的頻率標準，在加州部分供電系統採用50 Hz，但因競爭壓力，最終（1948）屈從於西屋的60 Hz標準。欠發達國家，尤其是殖民地國家則主要是依附宗主國和製造商的選擇，如巴西一開始就兼有50和60 Hz，1938年通過立法，力圖通過8年的時間，統一到50 Hz，但最後沒有成功，因為多數發達地區都採用60 Hz，20世紀60年代又改為60 Hz。50與60，成就了現有基本格局，一般而言，110V供電系統採用60 Hz標準，220V供電系統採用50 Hz標準。

50與60 Hz，技術上難分伯仲，大多數家用電器也能混用，由於電力系統的地域性，似乎也沒有統一成一種標準的動力，而且要從一種標準變更到另一種標準，其難度是難以想像的。對於平常百姓，頻率的重要甚至其存在看似無關緊要，但對於將電能轉變成動能的設備，它的輸出功率是與頻率的高低正相關的（因種類不同從1次冪到4次冪不等）。因此對於電力行業自身，頻率的重要性便是不言自明的，我國60~70年代，汽輪機葉片斷裂的事是經常發生的，其罪魁禍首就是頻率偏差。當時由於電力嚴重短缺，電網長時間低頻率運行（經常低到48 Hz），汽輪機的轉速、振動都是按照50 Hz設計的，長時間偏差運行，除降低效率，還帶來加速疲勞等問題，造成葉片斷裂。對電力系統運行而言，最嚴重的事故莫過於頻率崩潰，瞬時就會讓光明世界跌入黑暗。

因此了解頻率，歷史地觀察頻率，不無補益。脫離當時的技術條件討論標準形成的對與錯顯然是有失公允的，漠視舊標準對新技術發展的障礙也並非科學精神。回溯頻率標準的演進，是否還覺得理所當然，在製造技術、控制技術、信息技術日新月異的今天，變頻技術的節能效果、雙頻技術對影像效果的改良，新能源發電技術的發展，頻率的現行標準還會不會一成不變，試問誰來續寫頻率的明天！

@楊子誠已經回答得很詳細，我再轉載一篇雷銀照老師的文章供大家參考，侵刪

引用正文最後一句作為答案：

假如能夠重新選取一次供用電標準頻率，最優頻率估計是幾百赫茲。

總的來說，頻率選擇這個區間的原因，是發電機製造水平and無功損耗情況，和變壓效率and傳輸要求的平衡。

謝邀

同意楊子誠的回答。

其實二者在技術上沒有太大差別。只是60Hz為美國等西方國家廣泛使用。其二極發電機的同步轉速為1秒轉1圈。每分鐘3600轉。

50Hz為蘇聯使用，其二極發電機的同步轉速為每分鐘3000轉。發電機轉速較低，對機器設備的製造、安裝和調試精度要求較低，相對成本也較低。

我國在1949年建國時，全面學習蘇聯，故此採用了蘇聯的供電標準，同時也就採用了蘇聯的發電機標準。

60赫茲的發電機是3600轉的，50的是3000轉的，我國電力工業主要是蘇聯來的，所以同蘇聯，採用了50赫茲。

為什麼我國交流電頻率是50hz？

因為f=np/60 汽輪機轉速或者是發電機轉速是3000r/min 極對數是1 所以我國的電網頻率是50hz 希望能夠幫到您~

表面上的差別大致是我國220V 50Hz 而外國是22V 60Hz

首先解釋交流電頻率

最早的商用交流電頻率是60Hz，電壓是110V，由美國西屋電氣公司實現，商用交流電網也是在美國首次投入運營，而美國是採用英制單位的，為計算方便故採用了60Hz/110V的規格。

商用交流電大獲成功之後，歐洲迅速引進了交流發電、饋電技術，而歐洲除英國外均使用公制單位，為計算方便將頻率改為了50Hz。後因110V電壓較低，電網傳輸損耗較大，為改善這種狀況，在交流電網沒有大規模建設因而沒有「負擔」的歐陸國家採用了220V的電壓規格，這是由110V倍壓而來，技術改造相對最簡單，於是在歐陸國家就形成了220V/50Hz的交流電網標準。

中國最早的交流電網並沒有統一的標準，只是局部的小型電網，設備由各發達工業國提供，規格五花八門，在蔣介石基本統一中國後，選定了公製為中國的度量衡標準，故電網的建設開始全面轉向公制基礎。1949年以後，中國的工業化全面轉向蘇聯模式，電網建設也遵照蘇聯標準，而蘇聯採用的也是歐陸標準，於是
220V/50Hz最終定格為中國的電網標準。

知道鐵軌寬度怎麼來的嗎？那是馬匹拉車的寬度。好多事就像蝴蝶效應一樣，開始並沒有特別的原因，但對後事影響很大。。。跑題了

不止是頻率，電壓也是啊，按個人想法，美日的110V更好一點，但是，這種事情就跟左側駕駛還是右側駕駛一樣，就是標準制定者的個人喜好決定，然後大家都被卷進去了；類似的事情很多，qwerty鍵盤幹掉dvorak一樣沒道理，但這就是現實；類似的事情太多了，「不可以是其他的嗎？」，當然可以是其他，但是，一個地方還是只能活下來一個標準，要不就亂套了~你想想，電器要是需要為多種電源輸入做適配，既增加複雜度，還有成本，這本身就是社會資源的巨大浪費，所以，還是別那麼多其他了，就隨便挑一種算了