Чому реактивна потужність впливає на напругу?

Чому реактивна потужність впливає на напругу? Припустимо, у вас (слабка) система живлення з великим реактивним навантаженням. Якщо ви раптом відключите навантаження, ви відчуєте пік напруги.

Чи є хороше пояснення, чому це відбувається?

Для тих, хто цікавиться тим, чому рівень напруги та реактивна потужність тісно пов'язані з надійним джерелом, ось оригінальний документ, що описує алгоритм швидкого роз'єднання навантаження (потрібен доступ до IEEE):

"Стотт та О. Ельзак," Швидкий роз'єднаний потік навантаження "IEEE Trans. На PAS, т. 93, № 3, стор 859-869, травень / червень 1974 р."

Дивіться також сторінку 79 у цьому підручнику Вуда / Волленберга на books.google .

Цитата Роджера С Дугана, автора цього підручника з електричних енергетичних систем:

Реактивна потужність (vars) необхідна для підтримки напруги для доставки активної потужності (ватт) по лінії електропередачі. Моторні та інші навантаження потребують реактивної потужності для перетворення потоку електронів у корисну роботу. Коли реактивної потужності недостатньо, напруга знижується і неможливо проштовхувати потужність, яку вимагають навантаження через лінії.

_{Я вважаю, що історія редагування може бути цікавою для всіх, хто цікавиться, про що саме редагують і всі коментарі.}

Чому реактивна потужність впливає на напругу? Припустимо, у вас (слабка) система живлення з великим реактивним навантаженням. Якщо ви раптом відключите навантаження, ви відчуєте пік напруги.

Спочатку нам потрібно визначити, що саме просять. Тепер, коли ви заявили, що це стосується системи енергоживлення, а не виходу підсилювача або чогось іншого, ми знаємо, що означає "реактивна потужність". Це ярлик, який використовується в електроенергетиці. В ідеалі навантаження на систему було б резистивним, але насправді є частково індуктивним. Вони розділяють це навантаження на чисті резистивні та чисті індуктивні компоненти і називають те, що подається на опір, як "реальна потужність", а індуктивність - як "реактивна сила".

Це породжує цікаві речі, наприклад, що конденсатор по лінії електропередачі є генератором реактивної потужності. Так, це звучить смішно, але якщо слідувати визначенню реактивної потужності вище, це все консистенція, і фізика не порушується. Насправді конденсатори іноді використовуються для "генерації" реактивної потужності.

Фактичний струм, що виходить з генератора, відстає від напруги на малому фазовому куті. Замість того, щоб вважати це величиною та фазовим кутом, це розглядається як два окремих компоненти з окремими величинами, один на 0 фазі, а інший, що відстає на 90 °. Перший - це струм, який викликає реальну потужність, а другий - реактивну силу. Два способи опису загального струму щодо напруги математично рівнозначні (кожен може бути однозначно перетворений на інший).

Тож виникає питання, чому струм генератора, який відстає від напруги на 90 °, призводить до зниження напруги? Я думаю, що на це є дві відповіді.

По-перше, будь-який струм, незалежно від фази, все ще викликає падіння напруги через неминучий опір у системі. Цей струм перетинає 0 на піку напруги, тому можна сказати, що він не повинен впливати на пік напруги. Однак струм негативний перед піком напруги. Це насправді може спричинити трохи більший очевидний (після падіння напруги на опір серії) пік напруги безпосередньо перед піком напруги у відкритому контурі. По-іншому, через ненульовий опір джерела, видима вихідна напруга має інший пік в іншому місці, ніж напруга відкритого контуру.

Я думаю, що реальна відповідь має відношення до нестійких припущень, вбудованих у питання, що є системою управління навколо генератора. Те, що ви насправді бачите, як реагувати на видалення реактивного навантаження, - це не оголений генератор, а генератор з його системою управління, яка компенсує зміну навантаження. Знову ж таки, неминучий опір у системний час реактивного струму спричиняє реальні втрати. Зауважте, що деякі з цих "опорів" можуть бути не прямим електричним опором, а механічними проблемами, що проектуються на електричну систему. Ці реальні втрати збільшать реальне навантаження на генератор, тому видалення реактивного навантаження все ж знімає деяку реальну навантаження.

Цей механізм стає більш істотним, чим ширша "система", яка виробляє реактивну потужність. Якщо система включає в себе лінію електропередачі, то реактивний струм все ще спричиняє реальні втрати I ² R в лінії електропередачі, які спричиняють реальне навантаження на генератор.

Розглянемо імпеданс джерела слабкої енергетичної системи, має як резистивний, так і реактивний компонент (тобто "ідеальне" джерело напруги послідовно з комбінацією RL). Подібно до того, як резистивне навантаження сформує "дільник напруги" з джерелом, реактивне навантаження зробить те саме. Застосовуючи стандартні правила дільника напруги до складних опорів, стає зрозумілою причина спостережуваного результату (більший перепад напруги при індуктивних навантаженнях, ніж при чистому резистивному).

Інакше кажучи, є два способи отримати більше струму з опору реактивного джерела - один - збільшити падіння напруги, другий - збільшити зсув фази по індуктивній складовій. Додавання реактивного навантаження з тим же «знаком» складного опору зменшує цей фазовий зсув (оскільки отриманий струм змінного струму в системі виробляє напругу при навантаженні, більш фазовому, ніж у «ідеального» компонента джерела), так падіння напруги на опір джерела повинно збільшуватися, щоб подати той самий струм навантаження.

Інша інтерпретація цього питання стосується перехідних процесів, коли великий струм, який проходить, хоча індуктор (вся електропроводка має індуктивну властивість), переривається, магнітне поле, що руйнується, викликає підвищення напруги в індукторі, пропорційному ді / дт. Це створює перехідний пік при навантаженні на частку циклу, однак, якщо в системі є значна ємність, може виникнути дзвінок (коливання), який розповсюджує перехідний час на кілька циклів. Ці перехідні процеси перетворюють переключення важких індуктивних навантажень на вирішення проблеми.

"Якщо ви раптом відключите навантаження, ви відчуєте пік напруги." Я пропоную вам знайти ефект Ферранті . Коли ви знімаєте навантаження, ви по суті створюєте злегка завантажену лінію.