Para tener una comprensión clara de por qué usamos baja frecuencia, es decir, 50/60 Hz para la transmisión de energÃa eléctrica, primero consideraremos algunos puntos.
GENERACION:
La energÃa se genera a partir de máquinas sÃncronas, es decir, alternadores que giran a una velocidad particular llamada velocidad sÃncrona dada por
N = 120f /P
y la frecuencia viene dada por
f= P×N /120
Ahora, para producir voltaje a alta frecuencia, se deben aumentar dos cosas:
- Número de polos en la máquina
- Velocidad de la máquina
Pero estos dos factores se contradicen. Supongamos, por ejemplo, que tenemos una máquina hipotética de 50 polos, no podemos girarla a velocidades más altas debido a la alta fuerza centrÃfuga, la fuerza vibratoria y la resistencia mecánica.
Dado que el número de polos en el alternador ha aumentado (en comparación con los turbogeneradores de alta velocidad de dos polos que giran a 3000/3600 RPM a 50/60 Hz respectivamente), el diámetro de la máquina aumentará, lo que aumentará el tamaño de la máquina.
Ahora que para producir energÃa a alta frecuencia, tendrÃamos que rotar la máquina a altas velocidades, lo que requerirÃa una mayor entrada de vapor para la misma cantidad de energÃa a una frecuencia más alta.
Una entrada más alta al alternador lo deteriorará mecánicamente. Parafraseando, un alternador de alta frecuencia debe ser mecánicamente robusto y, por lo tanto, requerirá un tamaño más grande y más material en la construcción.
TRANSMISIÓN:
En cuanto a la transmisión de energÃa a alta frecuencia, primero debemos realizar el modelo de lÃnea de transmisión para comprender.
Una lÃnea de transmisión es fÃsicamente un circuito R, L, C, G, siendo R y L parámetros en serie. R siendo independiente de la frecuencia para ser más especÃficos. Mientras que C y G son parámetros de derivación de lÃnea, G es independiente de la frecuencia.
Si el voltaje a alta frecuencia se usa para transmitir potencia
- La caÃda en el inductor aumentará como V = I×X =I×2Ï€fL donde f es la frecuencia.
- Una caÃda de voltaje más alta hará que el voltaje de la lÃnea baje. Por lo tanto, no se obtendrá el perfil de voltaje plano codiciado.
- El voltaje disminuirá con el aumento de la longitud y será menor en el extremo receptor donde más se necesita.
La pérdida de corona es directamente proporcional a la frecuencia; por lo tanto, las pérdidas debidas a la corona aumentarán. Esto causará más interferencia con las lÃneas de comunicación/teléfono.
- Altas pérdidas en los hilos de transmisión por efecto pelicular.
- Debido al efecto pelicular, el costo del material del conductor aumentará ya que el conductor no se utiliza por completo a altas frecuencias.
- La economÃa de transmisión es un punto importante al diseñar lÃneas de transmisión. Aumentar el costo del conductor hará que el sistema no sea económico.
Dado que la resistencia debido al efecto pelicular aumenta (suponiendo que Rac=1.6Rdc), las pérdidas de lÃnea I2R aumentarán y, por lo tanto, la capacidad de transmisión de potencia disminuirá.
- Se requerirán dispositivos FACTS (Sistema de transmisión de CA flexible) o compensadores para la demanda/suministro de energÃa reactiva, lo que hace que el sistema sea aún más costoso.
DISTRIBUCIÓN Y UTILIZACIÓN:
Incluso en la distribución, la CA de alta frecuencia no será tan eficiente como se describe a continuación.
- Utilizamos muchos dispositivos electrónicos de potencia. Una alta frecuencia causará grandes pérdidas de conmutación.
- Los armónicos de frecuencias más altas se retroalimentan a la red, es posible que existan requisitos de filtro.
- Mala regulación de voltaje.
- Posibilidad de interferencia de ruido térmico/ruido de disparo/ruido blanco (alta frecuencia) con electrodomésticos.