Αντίδραση στην ηλεκτρική μηχανική

Διάσημος στον ηλεκτρολόγο μηχανικό Νόμος του Ohm εξηγεί ότι αν εφαρμοστεί διαφορά δυναμικού στα άκρα ενός τμήματος του κυκλώματος, τότε υπό τη δράση του θα ρέει ηλεκτρικό ρεύμα, η ισχύς του οποίου εξαρτάται από την αντίσταση του μέσου.

Οι πηγές εναλλασσόμενης τάσης δημιουργούν ένα ρεύμα στο κύκλωμα που συνδέεται με αυτές, το οποίο μπορεί να ακολουθεί το σχήμα του ημιτονοειδούς κύματος της πηγής ή να μετατοπίζεται προς τα εμπρός ή προς τα πίσω κατά μια γωνία από αυτό.

Εάν το ηλεκτρικό κύκλωμα δεν αλλάξει την κατεύθυνση της ροής του ρεύματος και το διάνυσμα φάσης του συμπίπτει πλήρως με την εφαρμοζόμενη τάση, τότε ένα τέτοιο τμήμα έχει μια καθαρά ενεργή αντίσταση. Όταν υπάρχει διαφορά στην περιστροφή των διανυσμάτων, μιλούν για την αντιδραστική φύση της αντίστασης.

Διαφορετικά ηλεκτρικά στοιχεία έχουν διαφορετική ικανότητα να εκτρέπουν το ρεύμα που ρέει μέσα από αυτά και να αλλάζουν το μέγεθός του.

Αντίδραση του πηνίου

Πάρτε μια σταθεροποιημένη πηγή τάσης AC και ένα κομμάτι μακρύ μονωμένο καλώδιο. Πρώτα, συνδέουμε τη γεννήτρια σε ολόκληρο το ευθύ καλώδιο και στη συνέχεια σε αυτό, αλλά τυλίγουμε σε δακτυλίους γύρω μαγνητικό κύκλωμα, το οποίο χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της διέλευσης των μαγνητικών ροών.

Μετρώντας με ακρίβεια το ρεύμα και στις δύο περιπτώσεις, μπορεί να φανεί ότι στο δεύτερο πείραμα, θα παρατηρηθεί σημαντική μείωση της τιμής του και υστέρηση φάσης σε μια ορισμένη γωνία.

Αυτό οφείλεται στην εμφάνιση αντίθετων δυνάμεων επαγωγής που εκδηλώνονται υπό τη δράση του νόμου του Lenz.

Στο σχήμα, η διέλευση του πρωτεύοντος ρεύματος φαίνεται με κόκκινα βέλη και το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από αυτό φαίνεται με μπλε. Η κατεύθυνση της κίνησής του καθορίζεται από τον κανόνα του δεξιού χεριού. Διασχίζει επίσης όλες τις παρακείμενες στροφές μέσα στο πηνίο και προκαλεί ένα ρεύμα σε αυτές, που φαίνεται από τα πράσινα βέλη, το οποίο αποδυναμώνει την τιμή του εφαρμοζόμενου πρωτεύοντος ρεύματος ενώ μετατοπίζει την κατεύθυνσή του σε σχέση με το εφαρμοζόμενο EMF.

Όσο περισσότερες στροφές τυλίγονται στο πηνίο, τόσο μεγαλύτερη επαγωγική αντίδραση X. Μειώνει το πρωτεύον ρεύμα.

Η τιμή του εξαρτάται από τη συχνότητα f, την αυτεπαγωγή L, που υπολογίζεται από τον τύπο:

xL= 2πfL = ωL

Ξεπερνώντας τις δυνάμεις αυτεπαγωγής, το ρεύμα του πηνίου καθυστερεί την τάση κατά 90 μοίρες.

Αντίσταση μετασχηματιστή

Αυτή η συσκευή έχει δύο ή περισσότερα πηνία σε ένα κοινό μαγνητικό κύκλωμα. Ένας από αυτούς λαμβάνει ηλεκτρική ενέργεια από μια εξωτερική πηγή και μεταδίδεται στους άλλους σύμφωνα με την αρχή του μετασχηματισμού.

Το πρωτεύον ρεύμα που διέρχεται από το πηνίο ισχύος προκαλεί μια μαγνητική ροή μέσα και γύρω από το μαγνητικό κύκλωμα, η οποία διασχίζει τις στροφές του δευτερεύοντος πηνίου και σχηματίζει ένα δευτερεύον ρεύμα σε αυτό.

Γιατί είναι τέλειο για δημιουργία σχεδιασμός μετασχηματιστή είναι αδύνατο, τότε μέρος της μαγνητικής ροής θα διαλυθεί στο περιβάλλον και θα δημιουργήσει απώλειες.Αυτά ονομάζονται ροή διαρροής και επηρεάζουν την ποσότητα της αντίδρασης διαρροής.

Σε αυτά προστίθεται το ενεργό συστατικό της αντίστασης κάθε πηνίου. Η συνολική τιμή που προκύπτει ονομάζεται ηλεκτρική αντίσταση του μετασχηματιστή ή του σύνθετη αντίσταση Z, δημιουργώντας πτώση τάσης σε όλες τις περιελίξεις.

Για τη μαθηματική έκφραση των συνδέσεων στο εσωτερικό του μετασχηματιστή, η ενεργή αντίσταση των περιελίξεων (συνήθως από χαλκό) υποδεικνύεται με τους δείκτες "R1" και "R2", και η επαγωγική με "X1" και "X2".

Η σύνθετη αντίσταση σε κάθε πηνίο είναι:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

Σε αυτήν την έκφραση, ο δείκτης «j» υποδηλώνει μια φανταστική μονάδα που βρίσκεται στον κατακόρυφο άξονα του μιγαδικού επιπέδου.

Το πιο κρίσιμο καθεστώς όσον αφορά την επαγωγική αντίσταση και την εμφάνιση μιας συνιστώσας αέργου ισχύος δημιουργείται όταν οι μετασχηματιστές συνδέονται σε παράλληλη λειτουργία.

Αντοχή πυκνωτή

Δομικά, περιλαμβάνει δύο ή περισσότερες αγώγιμες πλάκες που χωρίζονται από ένα στρώμα υλικού με διηλεκτρικές ιδιότητες. Λόγω αυτού του διαχωρισμού, το συνεχές ρεύμα δεν μπορεί να περάσει μέσα από τον πυκνωτή, αλλά το εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί, αλλά με απόκλιση από την αρχική του τιμή.

Η αλλαγή του εξηγείται από την αρχή της δράσης της αντιδραστικής - χωρητικής αντίστασης.

Υπό τη δράση μιας εφαρμοζόμενης εναλλασσόμενης τάσης, που αλλάζει σε ημιτονοειδή μορφή, εμφανίζεται ένα άλμα στις πλάκες, μια συσσώρευση φορτίων ηλεκτρικής ενέργειας με αντίθετα σημάδια. Ο συνολικός αριθμός τους περιορίζεται από το μέγεθος της συσκευής και χαρακτηρίζεται από χωρητικότητα. Όσο μεγαλύτερο είναι, τόσο περισσότερος χρόνος χρειάζεται για να φορτιστεί.

Κατά τον επόμενο μισό κύκλο ταλάντωσης, η πολικότητα της τάσης στις πλάκες πυκνωτών αντιστρέφεται.Υπό την επιρροή του, υπάρχει μια αλλαγή στα δυναμικά, μια επαναφόρτιση των σχηματισμένων φορτίων στις πλάκες. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργείται η ροή του πρωτεύοντος ρεύματος και δημιουργείται αντίθεση στη διέλευσή του καθώς μειώνεται σε μέγεθος και κινείται κατά μήκος της γωνίας.

Οι ηλεκτρολόγοι έχουν ένα αστείο με αυτό. Το συνεχές ρεύμα στο γράφημα αντιπροσωπεύεται από μια ευθεία γραμμή και όταν περνά κατά μήκος του σύρματος, το ηλεκτρικό φορτίο, φτάνοντας στην πλάκα πυκνωτή, στηρίζεται στο διηλεκτρικό, μπαίνοντας σε αδιέξοδο. Αυτό το εμπόδιο τον εμποδίζει να περάσει.

Η ημιτονοειδής αρμονική περνά μέσα από εμπόδια και το φορτίο, κυλιόμενο ελεύθερα στις βαμμένες πλάκες, χάνει ένα μικρό κλάσμα της ενέργειας που δεσμεύεται στις πλάκες.

Αυτό το αστείο έχει ένα κρυφό νόημα: όταν μια σταθερή ή διορθωμένη παλμική τάση εφαρμόζεται στις πλάκες μεταξύ των πλακών, λόγω της συσσώρευσης ηλεκτρικών φορτίων από αυτές, δημιουργείται μια αυστηρά σταθερή διαφορά δυναμικού, η οποία εξομαλύνει όλα τα άλματα στην παροχή ρεύματος κύκλωμα. Αυτή η ιδιότητα ενός πυκνωτή με αυξημένη χωρητικότητα χρησιμοποιείται σε σταθεροποιητές σταθερής τάσης.

Γενικά, η χωρητική αντίσταση Xc, ή η αντίθεση στη διέλευση εναλλασσόμενου ρεύματος μέσω αυτής, εξαρτάται από το σχεδιασμό του πυκνωτή, ο οποίος καθορίζει την χωρητικότητα «C» και εκφράζεται με τον τύπο:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

Λόγω της επαναφόρτισης των πλακών, το ρεύμα μέσω του πυκνωτή αυξάνει την τάση κατά 90 μοίρες.

Αντιδραστικότητα της γραμμής ηλεκτρικής ενέργειας

Κάθε γραμμή ρεύματος έχει σχεδιαστεί για να μεταδίδει ηλεκτρική ενέργεια. Συνηθίζεται να το αναπαριστάνουμε ως ισοδύναμα τμήματα κυκλώματος με κατανεμημένες παραμέτρους ενεργού r, αντιδραστικής (επαγωγικής) x αντίστασης και αγωγιμότητας g, ανά μονάδα μήκους, συνήθως ένα χιλιόμετρο.

Εάν παραμελήσουμε την επίδραση της χωρητικότητας και της αγωγιμότητας, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα για μια γραμμή με παράλληλες παραμέτρους.

Εναέρια γραμμή ρεύματος

Η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας μέσω εκτεθειμένων γυμνών καλωδίων απαιτεί σημαντική απόσταση μεταξύ τους και από το έδαφος.

Στην περίπτωση αυτή, η επαγωγική αντίσταση ενός χιλιομέτρου τριφασικού αγωγού μπορεί να αναπαρασταθεί με την έκφραση X0. Εξαρτάται:

• μέση απόσταση των αξόνων των συρμάτων μεταξύ τους asr.

• εξωτερική διάμετρος συρμάτων φάσης d;

• σχετική μαγνητική διαπερατότητα του υλικού μ.

• εξωτερική επαγωγική αντίσταση της γραμμής X0 ';

• εσωτερική επαγωγική αντίσταση της γραμμής X0 «.

Για αναφορά: η επαγωγική αντίσταση 1 km μιας εναέριας γραμμής από μη σιδηρούχα μέταλλα είναι περίπου 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

Καλωδιακή γραμμή μεταφοράς

Μια γραμμή ρεύματος που χρησιμοποιεί καλώδιο υψηλής τάσης είναι δομικά διαφορετική από μια εναέρια γραμμή. Η απόστασή του μεταξύ των φάσεων των συρμάτων μειώνεται σημαντικά και καθορίζεται από το πάχος του εσωτερικού στρώματος μόνωσης.

Ένα τέτοιο καλώδιο τριών συρμάτων μπορεί να αναπαρασταθεί ως πυκνωτής με τρία περιβλήματα καλωδίων που τεντώνονται σε μεγάλη απόσταση. Καθώς το μήκος του αυξάνεται, η χωρητικότητα αυξάνεται, η χωρητική αντίσταση μειώνεται και το χωρητικό ρεύμα που κλείνει κατά μήκος του καλωδίου αυξάνεται.

Τα μονοφασικά σφάλματα γείωσης συμβαίνουν συχνότερα σε καλωδιακές γραμμές υπό την επίδραση χωρητικών ρευμάτων. Για την αντιστάθμισή τους σε δίκτυα 6 ÷ 35 kV χρησιμοποιούνται αντιδραστήρες καταστολής τόξου (DGR), οι οποίοι συνδέονται μέσω του γειωμένου ουδέτερου του δικτύου. Οι παράμετροί τους επιλέγονται με εξελιγμένες μεθόδους θεωρητικών υπολογισμών.

Τα παλιά GDR δεν λειτουργούσαν πάντα αποτελεσματικά λόγω κακής ποιότητας συντονισμού και ατελειών σχεδιασμού. Είναι σχεδιασμένα για τα μέσα ονομαστικά ρεύματα σφάλματος, τα οποία συχνά διαφέρουν από τις πραγματικές τιμές.

Σήμερα, εισάγονται νέες εξελίξεις των GDR, με δυνατότητα αυτόματης παρακολούθησης καταστάσεων έκτακτης ανάγκης, γρήγορης μέτρησης των κύριων παραμέτρων τους και προσαρμογής για αξιόπιστη κατάσβεση ρευμάτων ρήξης γης με ακρίβεια 2%. Χάρη σε αυτό, η αποτελεσματικότητα της λειτουργίας GDR αυξάνεται αμέσως κατά 50%.

Η αρχή της αντιστάθμισης της άεργης συνιστώσας ισχύος από μονάδες πυκνωτών

Τα δίκτυα ισχύος μεταδίδουν ηλεκτρική ενέργεια υψηλής τάσης σε μεγάλες αποστάσεις. Οι περισσότεροι χρήστες του είναι ηλεκτροκινητήρες με επαγωγική αντίσταση και ωμικά στοιχεία. Η συνολική ισχύς που αποστέλλεται στους καταναλωτές αποτελείται από το ενεργό συστατικό P, που χρησιμοποιείται για να κάνει χρήσιμη εργασία, και το αντιδραστικό στοιχείο Q, το οποίο προκαλεί θέρμανση των περιελίξεων των μετασχηματιστών και των ηλεκτροκινητήρων.

Το αντιδραστικό συστατικό Q που προκύπτει από επαγωγικές αντιδράσεις μειώνει την ποιότητα ισχύος. Για την εξάλειψη των επιβλαβών συνεπειών του στη δεκαετία του ογδόντα του περασμένου αιώνα, χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα αντιστάθμισης στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας της ΕΣΣΔ με τη σύνδεση συσσωρευτών πυκνωτών με χωρητική αντίσταση, η οποία μείωσε συνημίτονο μιας γωνίας φ.

Εγκαταστάθηκαν σε υποσταθμούς που τροφοδοτούν άμεσα τους προβληματικούς καταναλωτές. Αυτό εξασφαλίζει τοπική ρύθμιση της ποιότητας ισχύος.

Με αυτόν τον τρόπο, είναι δυνατό να μειωθεί σημαντικά το φορτίο στον εξοπλισμό μειώνοντας το αντιδραστικό εξάρτημα ενώ μεταδίδεται η ίδια ενεργή ισχύς.Αυτή η μέθοδος θεωρείται η πιο αποτελεσματική μέθοδος εξοικονόμησης ενέργειας όχι μόνο σε βιομηχανικές επιχειρήσεις, αλλά και σε οικιακές και κοινοτικές υπηρεσίες. Η κατάλληλη χρήση του μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αξιοπιστία των συστημάτων ισχύος.