Reaktans inom elektroteknik

Berömd inom elektroteknik Ohms lag förklarar att om en potentialskillnad appliceras på ändarna av en sektion av kretsen, kommer en elektrisk ström att flyta under dess verkan, vars styrka beror på mediets resistans.

Växelspänningskällor skapar en ström i kretsen som är ansluten till dem, som kan följa formen på källans sinusvåg eller förskjutas framåt eller bakåt med en vinkel från den.

Om den elektriska kretsen inte ändrar strömflödets riktning och dess fasvektor helt sammanfaller med den applicerade spänningen, har en sådan sektion ett rent aktivt motstånd. När det finns en skillnad i rotationen av vektorerna talar de om motståndets reaktiva natur.

Olika elektriska element har olika förmåga att avleda strömmen som flyter genom dem och ändra dess storlek.

Reaktans av spolen

Ta en stabiliserad AC-spänningskälla och en bit lång isolerad tråd. Först ansluter vi generatorn till hela den raka ledningen och sedan till den, men lindad i ringar runt magnetisk krets, som används för att förbättra passagen av magnetiska flöden.

Genom att noggrant mäta strömmen i båda fallen kan det ses att i det andra experimentet kommer en signifikant minskning av dess värde och en fasfördröjning vid en viss vinkel att observeras.

Detta beror på uppkomsten av motsatta induktionskrafter manifesterade under verkan av Lenz lag.

I figuren visas primärströmmens passage med röda pilar, och magnetfältet som genereras av det visas i blått. Riktningen för dess rörelse bestäms av högerregeln. Den korsar också alla intilliggande varv inuti spolen och inducerar en ström i dem, som visas av de gröna pilarna, vilket försvagar värdet på den applicerade primärströmmen samtidigt som den skiftar dess riktning i förhållande till den applicerade EMF.

Ju fler varv lindade på spolen, desto mer induktiv reaktans X. Minskar primärströmmen.

Dess värde beror på frekvensen f, induktansen L, beräknad med formeln:

xL= 2πfL = ωL

Genom att övervinna induktanskrafter släpar spolströmmen efter spänningen med 90 grader.

Transformatormotstånd

Denna enhet har två eller flera spolar på en gemensam magnetisk krets. En av dem tar emot elektricitet från en extern källa, och den överförs till de andra enligt transformationsprincipen.

Den primära strömmen som passerar genom kraftspolen inducerar ett magnetiskt flöde i och runt magnetkretsen, som korsar sekundärspolens varv och bildar en sekundärström i den.

För det är perfekt att skapa transformator design är omöjligt, kommer en del av det magnetiska flödet att försvinna i miljön och skapa förluster.Dessa kallas läckageflöde och påverkar mängden läckagereaktans.

Till dessa läggs den aktiva komponenten av resistansen för varje spole. Det totala värdet som erhålls kallas transformatorns eller dess elektriska impedans komplext motstånd Z, vilket skapar ett spänningsfall över alla lindningar.

För det matematiska uttrycket av anslutningarna inuti transformatorn indikeras det aktiva motståndet hos lindningarna (vanligtvis gjorda av koppar) med indexen "R1" och "R2", och den induktiva med "X1" och "X2".

Impedansen i varje spole är:

• Zl = R1 + jXl;

• Z2 = R1 + jX2.

I detta uttryck betecknar underskriften «j» en imaginär enhet placerad på det komplexa planets vertikala axel.

Den mest kritiska regimen när det gäller induktivt motstånd och förekomsten av en reaktiv effektkomponent skapas när transformatorerna är anslutna i parallell drift.

Kondensatorresistans

Strukturellt innefattar den två eller flera ledande plattor åtskilda av ett lager av material med dielektriska egenskaper. På grund av denna separation kan likström inte passera genom kondensatorn, men växelström kan, men med en avvikelse från dess ursprungliga värde.

Dess förändring förklaras av handlingsprincipen för reaktivt - kapacitivt motstånd.

Under verkan av en applicerad växelspänning, som ändras i sinusform, sker ett hopp på plattorna, en ackumulering av laddningar av elektrisk energi med motsatta tecken. Deras totala antal begränsas av enhetens storlek och kännetecknas av kapacitet. Ju större den är, desto längre tid tar det att ladda.

Under nästa halvcykel av oscillation omkastas polariteten för spänningen över kondensatorplattorna.Under dess inflytande sker en förändring i potentialerna, en återladdning av de bildade laddningarna på plattorna. På detta sätt skapas flödet av primärströmmen och motsättningen till dess passage skapas när den minskar i storlek och rör sig längs vinkeln.

Elektriker har ett skämt om detta. Likström på grafen representeras av en rak linje, och när den passerar längs tråden vilar den elektriska laddningen, som når kondensatorplattan, på dielektrikumet och hamnar i en återvändsgränd. Detta hinder hindrar honom från att passera.

Den sinusformade övertonen passerar genom hinder och laddningen, som rullar fritt på de målade plattorna, förlorar en liten bråkdel av energin som fångas på plattorna.

Detta skämt har en dold betydelse: när en konstant eller likriktad pulserande spänning appliceras på plattorna mellan plattorna, på grund av ackumuleringen av elektriska laddningar från dem, skapas en strikt konstant potentialskillnad, vilket jämnar ut alla hopp i strömförsörjningen krets. Denna egenskap hos en kondensator med ökad kapacitans används i konstantspänningsstabilisatorer.

I allmänhet beror det kapacitiva motståndet Xc, eller motståndet mot passagen av växelström genom den, på kondensatorns utformning, som bestämmer kapacitansen «C» och uttrycks med formeln:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω°C

På grund av laddningen av plattorna höjer strömmen genom kondensatorn spänningen med 90 grader.

Kraftledningens reaktivitet

Varje kraftledning är utformad för att överföra elektrisk energi. Det är vanligt att representera det som ekvivalenta kretssektioner med fördelade parametrar för aktiv r, reaktiv (induktiv) x resistans och konduktans g, per längdenhet, vanligtvis en kilometer.

Om vi ​​försummar påverkan av kapacitans och konduktans, kan vi använda en förenklad ekvivalent krets för en linje med parallella parametrar.

Luftledning

Överföring av elektricitet över exponerade nakna ledningar kräver ett betydande avstånd mellan dem och från marken.

I detta fall kan det induktiva motståndet för en kilometer trefasledare representeras av uttrycket X0. Beror på:

• medelavstånd för trådarnas axlar mellan varandra asr;

• ytterdiameter av fasledningar d;

• relativ magnetisk permeabilitet för materialet µ;

• externt induktivt motstånd för ledningen X0 ';

• inre induktivt motstånd för ledningen X0 «.

Som referens: det induktiva motståndet på 1 km av en luftledning gjord av icke-järnmetaller är cirka 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

Kabelöverföringsledning

En kraftledning som använder en högspänningskabel skiljer sig strukturellt från en luftledning. Dess avstånd mellan ledningarnas faser reduceras avsevärt och bestäms av tjockleken på det inre isoleringsskiktet.

En sådan tretrådskabel kan representeras som en kondensator med tre mantel av trådar sträckta över en lång sträcka. När dess längd ökar, ökar kapacitansen, det kapacitiva motståndet minskar och den kapacitiva strömmen som sluter längs kabeln ökar.

Enfas jordfel förekommer oftast i kabelledningar under påverkan av kapacitiva strömmar. För deras kompensation i 6 ÷ 35 kV-nätverk används ljusbågsdämpningsreaktorer (DGR), som är anslutna via nätets jordade nolla. Deras parametrar väljs med sofistikerade metoder för teoretiska beräkningar.

Gamla GDR:er fungerade inte alltid effektivt på grund av dålig inställningskvalitet och designfel. De är konstruerade för de genomsnittliga nominella felströmmarna, som ofta skiljer sig från de faktiska värdena.

Nuförtiden introduceras nya utvecklingar av GDR, som kan automatiskt övervaka nödsituationer, snabbt mäta deras huvudparametrar och justera för tillförlitlig släckning av jordfelsströmmar med en noggrannhet på 2 %. Tack vare detta ökar effektiviteten i DDR-verksamheten omedelbart med 50 %.

Principen för kompensation av den reaktiva komponenten av kraft från kondensatorenheter

Elnät överför högspänningselektricitet över långa avstånd. De flesta av dess användare är elektriska motorer med induktivt motstånd och resistiva element. Den totala effekten som skickas till konsumenterna består av den aktiva komponenten P, som används för att göra användbart arbete, och den reaktiva komponenten Q, som orsakar uppvärmning av lindningarna i transformatorer och elmotorer.

Den reaktiva komponenten Q som härrör från induktiva reaktanser minskar effektkvaliteten. För att eliminera dess skadliga effekter på åttiotalet av förra seklet användes ett kompensationssystem i USSR:s kraftsystem genom att ansluta kondensatorbanker med kapacitivt motstånd, vilket minskade cosinus av en vinkel φ.

De installerades vid transformatorstationer som direkt matar problemkonsumenterna. Detta säkerställer lokal reglering av strömkvaliteten.

På så sätt är det möjligt att avsevärt minska belastningen på utrustningen genom att minska den reaktiva komponenten samtidigt som man överför samma aktiva effekt.Denna metod anses vara den mest effektiva metoden för att spara energi, inte bara i industriföretag utan också i bostäder och kommunala tjänster. Dess kompetenta användning kan avsevärt förbättra kraftsystemens tillförlitlighet.