電気工学におけるリアクタンス

電気工学で有​​名な オームの法則 回路のセクションの両端に電位差が加えられると、その作用により電流が流れ、その強さは媒体の抵抗に依存すると説明しています。

AC 電圧源は、それに接続された回路内に電流を生成します。この電流は、電源の正弦波の形状に従うか、正弦波からある角度だけ前後にシフトする場合があります。

電気回路が電流の流れの方向を変えず、その位相ベクトルが印加電圧と完全に一致する場合、そのようなセクションは純粋にアクティブな抵抗を持ちます。ベクトルの回転に違いがある場合、それらは抵抗の反応性を表します。

電気素子が異なれば、そこを流れる電流を偏向させ、その大きさを変える能力も異なります。

コイルのリアクタンス

安定化された AC 電圧源と長い絶縁ワイヤを用意します。まず、発電機を直線ワイヤー全体に接続し、次にそれに接続しますが、周囲にリング状に巻き付けます。 磁気回路、磁束の通過を改善するために使用されます。

両方の場合で電流を正確に測定すると、2 番目の実験では、その値の大幅な減少と特定の角度での位相の遅れが観察されることがわかります。

これは、レンツの法則の作用の下で現れる反対の誘導力の出現によるものです。

図では、一次電流の流れを赤い矢印で示し、それによって発生する磁界を青色で示しています。動きの方向は右手の法則によって決まります。また、コイル内のすべての隣接する巻線を横切り、緑色の矢印で示す電流を誘導します。これにより、印加される一次電流の値が弱まり、印加される EMF に対して電流の方向が変わります。

コイルに巻かれる巻数が多いほど、誘導リアクタンス X.L が大きくなり、一次電流が減少します。

その値は周波数 f、インダクタンス L に依存し、次の式で計算されます。

xL= 2πfL = ωL

インダクタンス力に打ち勝つことにより、コイル電流は電圧より 90 度遅れます。

トランス抵抗

このデバイスには、共通の磁気回路上に 2 つ以上のコイルがあります。それらのうちの1つは外部電源から電気を受け取り、それは変換の原理に従って他のものに伝達されます。

パワーコイルを通過する一次電流は磁気回路内およびその周囲に磁束を誘導し、二次コイルの巻線を横切り、その中に二次電流を形成します。

創作に最適なので 変圧器の設計 それが不可能な場合、磁束の一部が環境中に散逸し、損失が発生します。これらは漏れ磁束と呼ばれ、漏れリアクタンスの量に影響します。

これらに、各コイルの抵抗の有効成分が追加されます。得られた合計値は、変圧器の電気インピーダンスと呼ばれます。 複雑な抵抗 Z、すべての巻線に電圧降下が生じます。

変圧器内部の接続を数式で表すと、巻線 (通常は銅製) の有効抵抗はインデックス「R1」と「R2」で示され、誘導抵抗は「X1」と「X2」で示されます。

各コイルのインピーダンスは次のとおりです。

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2。

この式において、添字«j»は、複素平面の垂直軸上に位置する虚数単位を示します。

誘導抵抗と無効電力成分の発生に関して最も重要な状況は、変圧器が並列動作で接続されているときに発生します。

コンデンサの抵抗

構造的には、誘電特性を持つ材料の層によって分離された 2 つ以上の導電性プレートが含まれています。この分離により、直流電流はコンデンサを通過できませんが、交流電流は通過できますが、元の値からの偏差が生じます。

その変化は、反応性 - 容量性抵抗の作用原理によって説明されます。

正弦波状に変化する交流電圧が印加されると、プレート上でジャンプが発生し、反対の符号を持つ電気エネルギーの電荷が蓄積されます。それらの総数はデバイスのサイズによって制限され、容量によって特徴付けられます。大きいほど充電に時間がかかります。

次の発振半サイクル中に、コンデンサのプレートにかかる電圧の極性が反転します。その影響下で、電位が変化し、プレート上に形成された電荷が再充電されます。このようにして、一次電流の流れが形成され、その大きさが減少して角度に沿って移動するにつれて、その通過に対する抵抗が形成されます。

電気屋はこれについて冗談を言っています。グラフ上の直流電流は直線で表されており、電線に沿って流れるとコンデンサの極板に到達した電荷は誘電体にたまり行き止まりになります。この障害物が彼の通行を妨げている。

正弦波高調波は障害物を通過し、塗装されたプレート上を自由に転がる電荷は、プレート上で捕捉されたエネルギーのごく一部を失います。

このジョークには隠された意味があります。一定または整流された脈動電圧がプレート間のプレートに印加されると、プレートからの電荷の蓄積により、厳密に一定の電位差が生成され、電源のすべてのジャンプが平滑化されます。回路。静電容量が増加したコンデンサのこの特性は、定電圧安定器で使用されます。

一般に、容量性抵抗 Xc、または交流電流の通過に対する抵抗は、静電容量 «C» を決定するコンデンサの設計に依存し、次の式で表されます。

Xc = 1/2πfC = 1 / ω℃

プレートの再充電により、コンデンサを流れる電流により電圧が 90 度上昇します。

電力線の反応性

すべての送電線は電気エネルギーを伝送するように設計されています。これは、単位長さ (通常は 1 キロメートル) あたりの有効 r、無効 (誘導) x 抵抗、コンダクタンス g の分布パラメータを持つ等価回路セクションとして表すのが通例です。

キャパシタンスとコンダクタンスの影響を無視すると、並列パラメータを持つ線路に簡略化された等価回路を使用できます。

架空送電線

露出した裸線を介して電気を伝送するには、それらの間および地面からかなりの距離が必要です。

この場合、三相導体1kmの誘導抵抗はX0の式で表すことができます。依存:

• ワイヤの互いの軸の平均距離 asr;

• 相線の外径ｄ；

• 材料の比透磁率μ;

• ラインの外部誘導抵抗 X0 ';

• ラインの内部誘導抵抗 X0«。

参考：非鉄金属で作られた架空線の1kmの誘導抵抗は約0.33÷0.42オーム/kmです。

ケーブル伝送路

高圧ケーブルを使用した電力線は、架空線とは構造が異なります。ワイヤの相間の距離は大幅に短縮され、内部絶縁層の厚さによって決まります。

このような 3 線ケーブルは、長距離にわたって伸びたワイヤの 3 つのシースを備えたコンデンサとして表すことができます。長さが増加すると、静電容量が増加し、容量抵抗が減少し、ケーブルに沿って流れる容量電流が増加します。

単相地絡は、容量性電流の影響でケーブル線路で最もよく発生します。 6 ÷ 35 kV ネットワークでの補償には、ネットワークの接地された中性点を介して接続されるアーク抑制リアクトル (DGR) が使用されます。それらのパラメーターは、理論的計算の高度な方法によって選択されます。

古い GDR は、チューニング品質の低さと設計の不完全さにより、常に効果的に機能するとは限りませんでした。これらは平均定格故障電流に合わせて設計されており、多くの場合、実際の値とは異なります。

現在では、緊急事態を自動的に監視し、主要パラメータを迅速に測定し、地絡電流を 2% の精度で確実に消滅させるように調整できる、新しい開発の GDR が導入されています。このおかげで、GDR の動作効率は即座に 50% 向上します。

コンデンサユニットからの電力の無効成分の補償原理

送電網は高圧電力を長距離に送電します。そのユーザーのほとんどは、誘導抵抗と抵抗素子を備えた電気モーターです。消費者に送られる総電力は、有益な仕事をするために使用される有効成分 P と、変圧器や電気モーターの巻線の加熱を引き起こす無効成分 Q で構成されます。

誘導性リアクタンスから生じる無効成分 Q により、電力品質が低下します。前世紀の 80 年代にその悪影響を排除するために、ソ連の電力システムでは、コンデンサ バンクを容量性抵抗で接続するという補償スキームが使用されました。 角度の余弦 φ。

これらは、問題を抱えている消費者に直接電力を供給する変電所に設置されました。これにより、電力品質のローカル規制が保証されます。

これにより、同じ有効電力を伝送しながら無効成分を低減することで、設備の負荷を大幅に軽減することができます。この方法は、産業企業だけでなく、住宅および公共サービスにおいてもエネルギーを節約する最も効果的な方法と考えられています。これを適切に使用すると、電力システムの信頼性が大幅に向上します。