Reaktanssi sähkötekniikassa

Tunnettu sähkötekniikassa Ohmin laki selittää, että jos potentiaaliero kohdistetaan piirin osan päihin, niin sen vaikutuksesta virtaa sähkövirta, jonka voimakkuus riippuu väliaineen resistanssista.

Vaihtojännitelähteet luovat niihin kytkettyyn piiriin virran, joka voi seurata lähteen siniaallon muotoa tai siirtyä siitä kulman verran eteenpäin tai taaksepäin.

Jos sähköpiiri ei muuta virran suuntaa ja sen vaihevektori osuu täysin kohdakkain käytetyn jännitteen kanssa, tällaisella osuudella on puhtaasti aktiivinen vastus. Kun vektorien rotaatiossa on eroja, ne puhuvat vastuksen reaktiivisuudesta.

Eri sähköelementeillä on erilainen kyky kääntää niiden läpi kulkevaa virtaa ja muuttaa sen suuruutta.

Kelan reaktanssi

Ota stabiloitu AC-jännitelähde ja pala pitkää eristettyä johtoa. Ensin kytkemme generaattorin koko suoraan johtoon ja sitten siihen, mutta kierretään renkaisiin magneettinen piiri, jota käytetään parantamaan magneettivuon kulkua.

Mittaamalla virran tarkasti molemmissa tapauksissa, voidaan nähdä, että toisessa kokeessa havaitaan sen arvon merkittävä lasku ja vaiheviive tietyssä kulmassa.

Tämä johtuu vastakkaisten induktiovoimien ilmaantumisesta Lenzin lain vaikutuksesta.

Kuvassa ensiövirran kulku on esitetty punaisilla nuolilla ja sen synnyttämä magneettikenttä sinisellä. Sen liikkeen suunta määräytyy oikean käden säännöllä. Se myös ylittää kaikki vierekkäiset kierrokset kelan sisällä ja indusoi niihin virran, joka näkyy vihreillä nuolilla, mikä heikentää käytetyn ensiövirran arvoa samalla kun se muuttaa sen suuntaa suhteessa käytettyyn EMF:ään.

Mitä enemmän kierroksia kelassa on, sitä enemmän induktiivinen reaktanssi X.Lvähentää ensiövirtaa.

Sen arvo riippuu taajuudesta f, induktanssista L, joka lasketaan kaavalla:

xL = 2πfL = ωL

Induktanssivoimat voittamalla kelavirta jää jännitteestä 90 astetta.

Muuntajan vastus

Tässä laitteessa on kaksi tai useampia käämiä yhteisessä magneettipiirissä. Yksi niistä saa sähköä ulkoisesta lähteestä ja se välitetään muille muunnosperiaatteen mukaisesti.

Tehokäämin läpi kulkeva ensiövirta indusoi magneettipiirissä ja sen ympärillä magneettivuon, joka ylittää toisiokäämin kierrokset ja muodostaa siihen toisiovirran.

Koska se on täydellinen luomiseen muuntajan suunnittelu on mahdotonta, silloin osa magneettivuosta haihtuu ympäristöön ja aiheuttaa häviöitä.Näitä kutsutaan vuotovuoksi ja ne vaikuttavat vuotoreaktanssiin.

Näihin lisätään jokaisen kelan vastuksen aktiivinen komponentti. Saatua kokonaisarvoa kutsutaan muuntajan tai sen sähköimpedanssiksi monimutkainen vastus Z, mikä luo jännitehäviön kaikissa käämeissä.

Muuntajan sisällä olevien kytkentöjen matemaattista ilmaisua varten käämien (yleensä kuparista valmistettujen) aktiivinen resistanssi osoitetaan indekseillä "R1" ja "R2" ja induktiivinen "X1" ja "X2".

Jokaisen kelan impedanssi on:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

Tässä lausekkeessa alaindeksi «j» tarkoittaa imaginaarista yksikköä, joka sijaitsee kompleksitason pystyakselilla.

Kriittisin järjestelmä induktiivisen resistanssin ja loistehokomponentin esiintymisen kannalta syntyy, kun muuntajat kytketään rinnakkain.

Kondensaattorin vastus

Rakenteellisesti se sisältää kaksi tai useampia johtavaa levyä, jotka on erotettu kerroksella materiaalia, jolla on dielektrisiä ominaisuuksia. Tämän erotuksen vuoksi tasavirta ei pääse kulkemaan kondensaattorin läpi, mutta vaihtovirta pääsee, mutta poikkeamalla alkuperäisestä arvostaan.

Sen muutos selittyy reaktiivisen kapasitiivisen vastuksen toimintaperiaatteella.

Käytetyn vaihtojännitteen vaikutuksesta, joka muuttuu sinimuotoisessa muodossa, levyillä tapahtuu hyppy, sähköenergian varausten kertyminen vastakkaisilla merkillä. Niiden kokonaismäärää rajoittaa laitteen koko ja sille on ominaista kapasiteetti. Mitä suurempi se on, sitä kauemmin lataaminen kestää.

Seuraavan värähtelyn puolijakson aikana kondensaattorilevyjen jännitteen napaisuus vaihtuu.Sen vaikutuksen alaisena tapahtuu potentiaalien muutos, levyille muodostuneiden varausten uudelleenlatautuminen. Tällä tavalla syntyy primäärivirran virtaus ja vastustus sen kulkua vastaan, kun sen suuruus pienenee ja liikkuu kulmaa pitkin.

Sähkömiehillä on vitsi tästä. Tasavirtaa kuvaajassa edustaa suora viiva, ja kun se kulkee johtoa pitkin, kondensaattorilevylle saavuttava sähkövaraus lepää dielektrillä ja joutuu umpikujaan. Tämä este estää häntä ohittamasta.

Siniharmoninen kulkee esteiden läpi ja varaus, joka vierii vapaasti maalatuilla levyillä, menettää pienen osan levyihin vangituvasta energiasta.

Tällä vitsillä on piilotettu merkitys: kun levyjen välissä oleviin levyihin syötetään jatkuvaa tai tasasuunnattua sykkivää jännitettä, syntyy niistä sähkövarausten kertymisen vuoksi tiukasti vakio potentiaaliero, joka tasoittaa kaikki virtalähteen hyppyt piiri. Tätä suurennetun kapasitanssin kondensaattorin ominaisuutta käytetään vakiojännitteen stabilaattoreissa.

Yleensä kapasitiivinen resistanssi Xc tai vastustus vaihtovirran kulkemiselle sen läpi riippuu kondensaattorin rakenteesta, joka määrittää kapasitanssin «C» ja ilmaistaan ​​kaavalla:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

Levyjen uudelleenlatauksesta johtuen kondensaattorin läpi kulkeva virta nostaa jännitettä 90 astetta.

Sähkölinjan reaktiivisuus

Jokainen voimajohto on suunniteltu siirtämään sähköenergiaa. Sitä on tapana esittää vastaavina piiriosuuksina, joiden parametrit ovat hajallaan aktiivinen r, reaktiivinen (induktiivinen) x resistanssi ja johtokyky g, pituusyksikköä kohti, yleensä kilometri.

Jos jätämme huomiotta kapasitanssin ja konduktanssin vaikutuksen, voimme käyttää yksinkertaistettua ekvivalenttipiiriä linjalle, jolla on rinnakkaiset parametrit.

Ilmavirtajohto

Sähkön siirto paljaiden johtimien yli vaatii huomattavan etäisyyden niiden välillä ja maasta.

Tässä tapauksessa kolmivaiheisen johtimen kilometrin induktiivinen resistanssi voidaan esittää lausekkeella X0. Riippuu:

• johtojen akselien keskimääräinen etäisyys toistensa välillä asr;

• vaihejohtojen ulkohalkaisija d;

• materiaalin suhteellinen magneettinen permeabiliteetti µ;

• linjan X0' ulkoinen induktiivinen vastus;

• linjan X0 « sisäinen induktiivinen vastus.

Viitteeksi: ei-rautametallista valmistetun ilmajohdon 1 km:n induktiivinen vastus on noin 0,33 ÷ 0,42 ohm / km.

Kaapeli siirtolinja

Suurjännitekaapelia käyttävä voimajohto on rakenteellisesti erilainen kuin ilmajohto. Sen johtojen vaiheiden välinen etäisyys pienenee merkittävästi ja sen määrää sisäisen eristekerroksen paksuus.

Tällainen kolmijohtiminen kaapeli voidaan esittää kondensaattorina, jossa on kolme vaippaa johtoja, jotka on venytetty pitkälle. Kun sen pituus kasvaa, kapasitanssi kasvaa, kapasitiivinen vastus pienenee ja kapasitiivinen virta, joka sulkeutuu pitkin kaapelia, kasvaa.

Yksivaiheisia maasulkuja esiintyy useimmiten kaapelilinjoissa kapasitiivisten virtojen vaikutuksesta. Niiden kompensoimiseksi 6 ÷ 35 kV verkoissa käytetään kaarenvaimennusreaktoreita (DGR), jotka on kytketty verkon maadoitetun nollan kautta. Niiden parametrit valitaan teoreettisten laskelmien kehittyneillä menetelmillä.

Vanhat GDR:t eivät aina toimineet tehokkaasti huonon virityslaadun ja suunnittelun epätäydellisyyksien vuoksi. Ne on suunniteltu keskimääräisille nimellisvikavirroille, jotka usein poikkeavat todellisista arvoista.

Nykyään otetaan käyttöön uusia GDR-kehityksiä, jotka pystyvät automaattisesti valvomaan hätätilanteita, mittaamaan nopeasti niiden pääparametrit ja säätämään maasulkuvirtojen luotettavan sammutuksen 2 %:n tarkkuudella. Tämän ansiosta GDR:n toiminnan tehokkuus kasvaa välittömästi 50%.

Kondensaattoriyksiköiden tehon loiskomponentin kompensoinnin periaate

Sähköverkot siirtävät korkeajännitteistä sähköä pitkiä matkoja. Suurin osa sen käyttäjistä on sähkömoottoreita, joissa on induktiivinen vastus ja resistiiviset elementit. Kuluttajille lähetettävä kokonaisteho koostuu hyödylliseen työhön käytetystä aktiivikomponentista P ja muuntajien ja sähkömoottoreiden käämien lämpenemistä aiheuttavasta loiskomponentista Q.

Induktiivisista reaktansseista johtuva reaktiivinen komponentti Q heikentää tehon laatua. Sen haitallisten vaikutusten poistamiseksi viime vuosisadan 80-luvulla käytettiin Neuvostoliiton sähköjärjestelmässä kompensaatiojärjestelmää yhdistämällä kondensaattoripankit kapasitiivisella resistanssilla, mikä pienensi. kulman kosini φ.

Ne asennettiin sähköasemille, jotka syöttävät suoraan ongelmallisia kuluttajia. Tämä varmistaa paikallisen sähkön laadun säätelyn.

Tällä tavoin on mahdollista vähentää merkittävästi laitteiston kuormitusta vähentämällä loiskomponenttia samalla kun siirretään sama pätöteho.Tätä menetelmää pidetään tehokkaimpana tapana säästää energiaa paitsi teollisuusyrityksissä, myös asuin- ja kunnallisissa palveluissa. Sen asiantunteva käyttö voi parantaa merkittävästi sähköjärjestelmien luotettavuutta.