電源頻率

230 伏, 50 Hz 與110 伏, 60 Hz的波形比較

電源頻率 (mains frequency) 是電網工作頻率的簡稱，指電網中交流電的頻率，同一電網中的所有發電機、輸配電設備和用戶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、部分亞洲國家和地區使用60Hz電源頻率。

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。由於建設電網的設備投資巨大，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電源頻率的電網趨向於使用220–240伏電壓；使用60 Hz電源頻率的電網趨向於100–127 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。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電源頻率上運行，電器不在設計的電源頻率的電網上工作可能導致效率降低甚至安全隱患。在日本出售的電器能夠同時在50Hz和60Hz。內置馬達的電器（如冰箱）在60Hz運作時，由於馬達轉速提高，電器的功率也隨之增大。

影響因素

在選擇電網的工作頻率時需要考慮許多因素。包括照明設備、電動機、變壓器、發電機和輸電線路在內的設備的工作特性都與電網頻率有關。這些因素相互影響，使得電源頻率的選擇具有相當的重要性：需要在儘量滿足互相矛盾的性能要求的基礎上進行妥協。

在19世紀晚期，電網的頻率越高，越有利於照明設備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。在大功率發電設備成熟以前，電網電源頻率的選擇往往取決於該電網負載的類型。技術的進步最終掃清了弧光燈和電動機等不同類型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。

照明設備

商業電網的第一批用電器是鎢絲膽和裝有換向器的直流電機。這兩種設備都能在直流下很好地工作，但直流電很難轉換電壓，且用電設備大多只能在額定電壓下工作。

若鎢絲膽工作於低頻電流之下，燈絲每半個周期冷卻一次，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，標準轉速與電網電源頻率之間相互制約。因此，一旦交流電動機普及，為了適配設備，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電源頻率帶來優勢。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：

$N = \frac {120f}{P} \,$

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 1331⁄3 Hz	RPM at 60 Hz	RPM at 50 Hz	RPM at 40 Hz	RPM at 25 Hz	RPM at 162⁄3 Hz
2	8,000	3,600	3,000	2,400	1,500	1,000
4	4,000	1,800	1,500	1,200	750	500
6	2,666.7	1,200	1,000	800	500	333.3
8	2,000	900	750	600	375	250
10	1,600	720	600	480	300	200
12	1,333.3	600	500	400	250	166.7
14	1142.9	514.3	428.6	342.8	214.3	142.9
16	1,000	450	375	300	187.5	125
18	888.9	400	3331⁄3	2662⁄3	1662⁄3	111.1
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。在半導體整流設備出現前，常用汞弧整流器、旋轉變流器來進行整流。

各國電壓和頻率

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