รีแอกแตนซ์ในวิศวกรรมไฟฟ้า

มีชื่อเสียงในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า กฎของโอห์ม อธิบายว่าหากใช้ความต่างศักย์กับปลายส่วนของวงจร กระแสไฟฟ้าจะไหลภายใต้การกระทำของมัน ความแรงของกระแสไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับความต้านทานของตัวกลาง

แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสร้างกระแสในวงจรที่เชื่อมต่อกับพวกมัน ซึ่งอาจเป็นไปตามรูปร่างของคลื่นไซน์ของแหล่งกำเนิดหรือถูกเลื่อนไปข้างหน้าหรือข้างหลังเป็นมุมจากมัน

หากวงจรไฟฟ้าไม่เปลี่ยนทิศทางของการไหลของกระแสและเวกเตอร์เฟสของมันตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้อย่างสมบูรณ์ แสดงว่าส่วนดังกล่าวมีความต้านทานแบบแอกทีฟล้วนๆ เมื่อมีความแตกต่างในการหมุนของเวกเตอร์ พวกเขาพูดถึงลักษณะปฏิกิริยาของความต้านทาน

องค์ประกอบทางไฟฟ้าที่แตกต่างกันมีความสามารถที่แตกต่างกันในการเบี่ยงเบนกระแสที่ไหลผ่านและเปลี่ยนขนาดของมัน

รีแอกแตนซ์ของขดลวด

ใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่เสถียรและสายไฟหุ้มฉนวนยาวหนึ่งเส้น ขั้นแรกเราเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเข้ากับเส้นลวดตรงทั้งหมดแล้วต่อเข้ากับมัน แต่พันเป็นวงแหวนรอบ ๆ วงจรแม่เหล็กซึ่งใช้เพื่อปรับปรุงการผ่านของฟลักซ์แม่เหล็ก

โดยการวัดกระแสอย่างแม่นยำในทั้งสองกรณี จะเห็นได้ว่าในการทดลองที่สอง ค่าของมันจะลดลงอย่างมากและเฟสแล็กที่มุมหนึ่งจะถูกสังเกต

นี่เป็นเพราะการปรากฏตัวของกองกำลังตรงข้ามของการเหนี่ยวนำซึ่งแสดงออกมาภายใต้การกระทำของกฎของ Lenz

ในรูป ทางเดินของกระแสปฐมภูมิจะแสดงด้วยลูกศรสีแดง และสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสหลักจะแสดงเป็นสีน้ำเงิน ทิศทางการเคลื่อนที่ถูกกำหนดโดยกฎมือขวา นอกจากนี้ยังข้ามรอบที่อยู่ติดกันทั้งหมดภายในขดลวดและเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสในตัว ซึ่งแสดงด้วยลูกศรสีเขียว ซึ่งทำให้ค่าของกระแสปฐมภูมิที่ใช้อ่อนลงในขณะที่เปลี่ยนทิศทางเมื่อเทียบกับ EMF ที่ใช้

ยิ่งมีการพันขดลวดมากเท่าไร รีแอกทีฟรีแอกแตนซ์ X ก็ยิ่งลดกระแสปฐมภูมิมากขึ้นเท่านั้น

ค่าของมันขึ้นอยู่กับความถี่ f, ตัวเหนี่ยวนำ L ซึ่งคำนวณโดยสูตร:

xL= 2πfL = ωL

โดยการเอาชนะแรงเหนี่ยวนำ กระแสของขดลวดจะหน่วงแรงดันไฟฟ้าลง 90 องศา

ความต้านทานของหม้อแปลง

อุปกรณ์นี้มีขดลวดตั้งแต่สองขดขึ้นไปบนวงจรแม่เหล็กทั่วไป หนึ่งในนั้นได้รับกระแสไฟฟ้าจากแหล่งภายนอกและถูกส่งไปยังอีกแหล่งหนึ่งตามหลักการของการเปลี่ยนแปลง

กระแสปฐมภูมิที่ไหลผ่านขดลวดไฟฟ้าจะเหนี่ยวนำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กในและรอบๆ วงจรแม่เหล็ก ซึ่งจะข้ามรอบการหมุนของขดลวดทุติยภูมิและก่อตัวเป็นกระแสทุติยภูมิในนั้น

เพราะมันสมบูรณ์แบบสำหรับการสร้าง การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้า เป็นไปไม่ได้ จากนั้นฟลักซ์แม่เหล็กบางส่วนจะกระจายออกสู่สิ่งแวดล้อมและสร้างความสูญเสียสิ่งเหล่านี้เรียกว่าฟลักซ์การรั่วไหลและส่งผลต่อปริมาณรีแอกแตนซ์การรั่วไหล

ในสิ่งเหล่านี้จะเพิ่มส่วนประกอบที่ใช้งานของความต้านทานของขดลวดแต่ละอัน ค่าทั้งหมดที่ได้รับเรียกว่าอิมพีแดนซ์ไฟฟ้าของหม้อแปลงหรือของมัน ความต้านทานที่ซับซ้อน Z สร้างแรงดันตกคร่อมขดลวดทั้งหมด

สำหรับนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของการเชื่อมต่อภายในหม้อแปลง ความต้านทานที่ใช้งานของขดลวด (มักทำจากทองแดง) จะแสดงด้วยดัชนี "R1" และ "R2" และค่าอุปนัยโดย "X1" และ "X2"

ความต้านทานในแต่ละขดลวดคือ:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2

ในนิพจน์นี้ ตัวห้อย «j» หมายถึงหน่วยจินตภาพที่อยู่บนแกนตั้งของระนาบเชิงซ้อน

ระบอบการปกครองที่สำคัญที่สุดในแง่ของความต้านทานอุปนัยและการเกิดขึ้นขององค์ประกอบพลังงานปฏิกิริยาจะถูกสร้างขึ้นเมื่อเชื่อมต่อหม้อแปลงในการทำงานแบบขนาน

ความต้านทานของตัวเก็บประจุ

โครงสร้างประกอบด้วยแผ่นนำไฟฟ้าตั้งแต่สองแผ่นขึ้นไปคั่นด้วยชั้นของวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวน เนื่องจากการแยกนี้ กระแสตรงจึงไม่สามารถผ่านตัวเก็บประจุได้ แต่กระแสสลับทำได้ แต่มีค่าเบี่ยงเบนจากค่าเดิม

การเปลี่ยนแปลงนี้อธิบายได้ด้วยหลักการของการกระทำของตัวต้านทานปฏิกิริยา - ตัวเก็บประจุ

ภายใต้การกระทำของแรงดันไฟฟ้าสลับที่ใช้, การเปลี่ยนแปลงในรูปแบบไซน์, การกระโดดเกิดขึ้นบนแผ่น, การสะสมของประจุไฟฟ้าที่มีสัญญาณตรงกันข้าม จำนวนทั้งหมดถูกจำกัดด้วยขนาดของอุปกรณ์และมีลักษณะความจุ ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใดก็ยิ่งใช้เวลาในการชาร์จนานขึ้นเท่านั้น

ในช่วงครึ่งรอบถัดไปของการสั่น ขั้วของแรงดันไฟฟ้าทั่วแผ่นตัวเก็บประจุจะกลับด้านภายใต้อิทธิพลของมัน มีการเปลี่ยนแปลงในศักย์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นการเติมประจุของประจุที่เกิดขึ้นบนแผ่นเปลือกโลก ด้วยวิธีนี้การไหลของกระแสปฐมภูมิจะถูกสร้างขึ้นและการต่อต้านทางเดินของมันถูกสร้างขึ้นเมื่อขนาดลดลงและเคลื่อนที่ไปตามมุม

ช่างไฟฟ้ามีเรื่องตลกเกี่ยวกับเรื่องนี้ กระแสตรงบนกราฟจะแสดงเป็นเส้นตรงและเมื่อมันผ่านไปตามเส้นลวด ประจุไฟฟ้าจะไปถึงแผ่นตัวเก็บประจุ วางอยู่บนอิเล็กทริกและเข้าสู่ทางตัน อุปสรรคนี้ทำให้เขาผ่านไปไม่ได้

ฮาร์มอนิกไซน์ผ่านสิ่งกีดขวางและประจุที่กลิ้งอย่างอิสระบนเพลตที่ทาสี สูญเสียพลังงานเพียงเล็กน้อยที่จับบนเพลต

เรื่องตลกนี้มีความหมายที่ซ่อนอยู่: เมื่อแรงดันไฟฟ้าพัลซิ่งคงที่หรือแก้ไขถูกนำไปใช้กับแผ่นระหว่างแผ่นเนื่องจากการสะสมของประจุไฟฟ้าจากพวกมันความต่างศักย์คงที่อย่างเคร่งครัดจะถูกสร้างขึ้นซึ่งทำให้การกระโดดทั้งหมดในแหล่งจ่ายไฟราบรื่น วงจร. คุณสมบัติของตัวเก็บประจุที่มีความจุเพิ่มขึ้นนี้ใช้ในตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าคงที่

โดยทั่วไปแล้วความต้านทานของตัวเก็บประจุ Xc หรือการต่อต้านทางเดินของกระแสสลับขึ้นอยู่กับการออกแบบของตัวเก็บประจุซึ่งกำหนดความจุ «C» และแสดงโดยสูตร:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

เนื่องจากการชาร์จแผ่น กระแสผ่านตัวเก็บประจุจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า 90 องศา

ปฏิกิริยาของสายไฟ

สายไฟทุกเส้นออกแบบมาเพื่อส่งพลังงานไฟฟ้า เป็นเรื่องปกติที่จะแสดงเป็นส่วนวงจรสมมูลโดยมีพารามิเตอร์แบบกระจายของแอคทีฟ r, รีแอกทีฟ (อุปนัย) x ความต้านทานและสื่อนำไฟฟ้า g ต่อหน่วยความยาว ปกติหนึ่งกิโลเมตร

หากเราละเลยอิทธิพลของความจุและสื่อนำไฟฟ้า เราก็สามารถใช้วงจรสมมูลแบบง่ายสำหรับเส้นที่มีพารามิเตอร์แบบขนานได้

สายไฟเหนือศีรษะ

การส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสายไฟเปลือยต้องมีระยะห่างระหว่างสายไฟกับพื้นดินมากพอสมควร

ในกรณีนี้ ความต้านทานอุปนัยของตัวนำสามเฟสหนึ่งกิโลเมตรสามารถแสดงด้วยนิพจน์ X0 พึ่งพา:

• ระยะห่างเฉลี่ยของแกนของสายไฟระหว่างกัน asr;

• เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของสายเฟส d;

• การซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ของวัสดุ µ;

• ความต้านทานอุปนัยภายนอกของเส้น X0 ';

• ความต้านทานอุปนัยภายในของเส้น X0 «.

สำหรับการอ้างอิง: ความต้านทานอุปนัย 1 กม. ของเส้นค่าโสหุ้ยที่ทำจากโลหะไม่มีธาตุเหล็กมีค่าประมาณ 0.33 ÷ 0.42 โอห์ม/กม.

สายส่งเคเบิล

สายไฟที่ใช้สายไฟฟ้าแรงสูงมีโครงสร้างแตกต่างจากสายเหนือศีรษะ ระยะห่างระหว่างเฟสของสายไฟจะลดลงอย่างมากและกำหนดโดยความหนาของชั้นฉนวนภายใน

สายเคเบิลสามสายดังกล่าวสามารถแสดงเป็นตัวเก็บประจุที่มีสายไฟสามเส้นยืดออกไปในระยะทางไกล เมื่อความยาวเพิ่มขึ้น ความจุจะเพิ่มขึ้น ความต้านทานของตัวเก็บประจุจะลดลง และกระแสของตัวเก็บประจุที่ปิดตามสายเคเบิลจะเพิ่มขึ้น

ความผิดพลาดของกราวด์เฟสเดียวมักเกิดขึ้นในสายเคเบิลภายใต้อิทธิพลของกระแสตัวเก็บประจุ สำหรับการชดเชยในเครือข่าย 6 ÷ 35 kV จะใช้เครื่องปฏิกรณ์ปราบปรามอาร์ค (DGR) ซึ่งเชื่อมต่อผ่านสายดินที่เป็นกลางของเครือข่าย พารามิเตอร์ของพวกเขาถูกเลือกโดยวิธีการคำนวณเชิงทฤษฎีที่ซับซ้อน

GDR แบบเก่าไม่ได้ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพเสมอไปเนื่องจากคุณภาพการปรับแต่งที่ต่ำและความไม่สมบูรณ์ของการออกแบบ ออกแบบมาสำหรับกระแสฟอลต์เฉลี่ยซึ่งมักจะแตกต่างจากค่าจริง

ทุกวันนี้ การพัฒนาใหม่ของ GDR ถูกนำมาใช้ สามารถตรวจสอบสถานการณ์ฉุกเฉินโดยอัตโนมัติ วัดค่าพารามิเตอร์หลักอย่างรวดเร็ว และปรับสำหรับการดับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรได้อย่างน่าเชื่อถือด้วยความแม่นยำ 2% ด้วยเหตุนี้ประสิทธิภาพของการทำงานของ GDR จึงเพิ่มขึ้นทันที 50%

หลักการชดเชยองค์ประกอบปฏิกิริยาของพลังงานจากหน่วยตัวเก็บประจุ

โครงข่ายไฟฟ้าส่งไฟฟ้าแรงสูงเป็นระยะทางไกล ผู้ใช้ส่วนใหญ่เป็นมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีตัวต้านทานแบบเหนี่ยวนำและตัวต้านทาน พลังงานทั้งหมดที่ส่งไปยังผู้บริโภคประกอบด้วยส่วนประกอบแอคทีฟ P ซึ่งใช้ในการทำงานที่เป็นประโยชน์ และส่วนประกอบปฏิกิริยา Q ซึ่งทำให้เกิดความร้อนที่ขดลวดของหม้อแปลงและมอเตอร์ไฟฟ้า

ส่วนประกอบปฏิกิริยา Q ที่เกิดจากปฏิกิริยารีแอคทีฟช่วยลดคุณภาพไฟฟ้า เพื่อขจัดผลกระทบที่เป็นอันตรายในช่วงทศวรรษที่ 80 มีการใช้แผนการชดเชยในระบบไฟฟ้าของสหภาพโซเวียตโดยการเชื่อมต่อธนาคารตัวเก็บประจุกับความต้านทาน capacitive ซึ่งช่วยลด โคไซน์ของมุม φ

พวกเขาถูกติดตั้งที่สถานีย่อยที่ป้อนผู้บริโภคที่มีปัญหาโดยตรง สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงการควบคุมคุณภาพไฟฟ้าในท้องถิ่น

ด้วยวิธีนี้ จึงเป็นไปได้ที่จะลดภาระของอุปกรณ์ลงได้อย่างมากโดยการลดส่วนประกอบที่ไวต่อปฏิกิริยาในขณะที่ส่งพลังงานที่แอคทีฟเท่าเดิมวิธีนี้ถือเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการประหยัดพลังงาน ไม่เพียงแต่ในสถานประกอบการอุตสาหกรรมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงบริการที่อยู่อาศัยและชุมชนด้วย การใช้งานอย่างเหมาะสมสามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบไฟฟ้าได้อย่างมาก