תגובתיות בהנדסת חשמל

מפורסם בהנדסת חשמל חוק אוהם מסביר שאם הפרש פוטנציאל מוחל על הקצוות של קטע של המעגל, אז יזרום זרם חשמלי תחת פעולתו, שעוצמתו תלויה בהתנגדות של המדיום.

מקורות מתח AC יוצרים זרם במעגל המחובר אליהם, שעשוי לעקוב אחר צורת גל הסינוס של המקור או להזיז קדימה או אחורה בזווית ממנו.

אם המעגל החשמלי אינו משנה את כיוון זרימת הזרם וקטור הפאזה שלו עולה בקנה אחד עם המתח המופעל, אז לקטע כזה יש התנגדות אקטיבית בלבד. כאשר יש הבדל בסיבוב הווקטורים, הם מדברים על האופי התגובתי של ההתנגדות.

לאלמנטים חשמליים שונים יש יכולת שונה להסיט את הזרם הזורם דרכם ולשנות את גודלו.

תגובת הסליל

קח מקור מתח AC מיוצב וחתיכת חוט מבודד ארוך. ראשית, אנו מחברים את הגנרטור לכל החוט הישר, ולאחר מכן אליו, אך מתפתלים בטבעות מסביב מעגל מגנטי, המשמש לשיפור המעבר של שטפים מגנטיים.

על ידי מדידה מדויקת של הזרם בשני המקרים, ניתן לראות שבניסוי השני, תיראה ירידה משמעותית בערכו ופיגור פאזה בזווית מסוימת.

זאת בשל הופעת כוחות אינדוקציה מנוגדים המתבטאים בפעולת חוק לנץ.

באיור, מעבר הזרם הראשוני מוצג על ידי חיצים אדומים, והשדה המגנטי שנוצר על ידו מוצג בכחול. כיוון תנועתו נקבע על ידי כלל יד ימין. הוא גם חוצה את כל הסיבובים הסמוכים בתוך הסליל ומשרה בהם זרם, המוצג על ידי החצים הירוקים, מה שמחליש את ערכו של הזרם הראשוני המופעל תוך שינוי הכיוון שלו ביחס ל-EMF המופעל.

ככל שיותר סיבובים מתפתלים על הסליל, כך התגובה האינדוקטיבית X. מפחיתה את הזרם הראשוני.

ערכו תלוי בתדר f, השראות L, המחושבת על ידי הנוסחה:

xL= 2πfL = ωL

על ידי התגברות על כוחות השראות, זרם הסליל מפגר את המתח ב-90 מעלות.

התנגדות שנאי

למכשיר זה יש שני סלילים או יותר במעגל מגנטי משותף. אחד מהם מקבל חשמל ממקור חיצוני, והוא מועבר לאחרים על פי עקרון הטרנספורמציה.

הזרם הראשוני העובר דרך סליל החשמל משרה שטף מגנטי בתוך ומסביב למעגל המגנטי, אשר חוצה את סיבובי הסליל המשני ויוצר בו זרם משני.

כי זה מושלם ליצירה עיצוב שנאים זה בלתי אפשרי, אז חלק מהשטף המגנטי יתפוגג לסביבה וייצור הפסדים.אלה נקראים שטף דליפה ומשפיעים על כמות תגובת הדליפה.

לאלו מתווסף המרכיב הפעיל של ההתנגדות של כל סליל. הערך הכולל המתקבל נקרא העכבה החשמלית של השנאי או שלו התנגדות מורכבת Z, יצירת נפילת מתח על פני כל הפיתולים.

לביטוי המתמטי של החיבורים בתוך השנאי, ההתנגדות הפעילה של הפיתולים (העשויים בדרך כלל מנחושת) מסומנת על ידי המדדים "R1" ו-"R2", והאינדוקטיבית על ידי "X1" ו-"X2".

העכבה בכל סליל היא:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

בביטוי זה, הכתובת המשנה «j» מציינת יחידה דמיונית הממוקמת על הציר האנכי של המישור המורכב.

המשטר הקריטי ביותר במונחים של התנגדות אינדוקטיבית והתרחשות של רכיב כוח תגובתי נוצר כאשר השנאים מחוברים בפעולה מקבילה.

התנגדות קבלים

מבחינה מבנית, הוא כולל שני לוחות מוליכים או יותר המופרדים על ידי שכבת חומר עם תכונות דיאלקטריות. בגלל הפרדה זו, זרם ישר לא יכול לעבור דרך הקבל, אבל זרם חילופין יכול, אבל עם סטייה מערכו המקורי.

השינוי שלה מוסבר על ידי עקרון הפעולה של התנגדות תגובתית - קיבולית.

תחת פעולתו של מתח חילופין מופעל, המשתנה בצורה סינוסואידלית, מתרחשת קפיצה על הלוחות, הצטברות מטענים של אנרגיה חשמלית עם סימנים מנוגדים. מספרם הכולל מוגבל בגודל המכשיר ומאופיין בקיבולת. ככל שהוא גדול יותר, כך לוקח זמן רב יותר לטעון.

במהלך חצי מחזור התנודה הבא, הקוטביות של המתח על פני לוחות הקבלים מתהפכת.בהשפעתו, יש שינוי בפוטנציאלים, טעינה מחדש של המטענים שנוצרו על הלוחות. בדרך זו נוצרת זרימת הזרם הראשוני ונוצר ההתנגדות למעבר שלו כשהוא פוחת בגודלו ונע לאורך הזווית.

לחשמלאים יש בדיחה על זה. זרם ישר על הגרף מיוצג על ידי קו ישר, וכאשר הוא עובר לאורך החוט, המטען החשמלי, המגיע לצלחת הקבל, מונח על הדיאלקטרי ונכנס למבוי סתום. מכשול זה מונע ממנו לעבור.

ההרמונית הסינוסואידלית עוברת דרך מכשולים והמטען, המתגלגל בחופשיות על הלוחות המצוירים, מאבד חלק קטן מהאנרגיה הנלכדת על הלוחות.

לבדיחה זו יש משמעות נסתרת: כאשר מופעל על הלוחות שבין הלוחות מתח פועם קבוע או מתוקן, עקב הצטברות מטענים חשמליים מהם, נוצר הפרש פוטנציאל קבוע למהדרין, אשר מחליק את כל הקפיצות באספקת החשמל. מעגל חשמלי. מאפיין זה של קבל עם קיבול מוגבר משמש מייצבי מתח קבוע.

באופן כללי, ההתנגדות הקיבולית Xc, או ההתנגדות למעבר זרם חילופין דרכה, תלויה בתכנון הקבל, הקובע את הקיבול «C», ומתבטא בנוסחה:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

עקב הטעינה מחדש של הלוחות, הזרם דרך הקבל מעלה את המתח ב-90 מעלות.

תגובתיות של קו החשמל

כל קו מתח נועד להעביר אנרגיה חשמלית. נהוג לייצג אותו כמקטעי מעגל שווי ערך עם פרמטרים מבוזרים של r פעיל, התנגדות תגובתית (אינדוקטיבית) x ומוליכות g, ליחידת אורך, בדרך כלל קילומטר אחד.

אם אנו מזניחים את השפעת הקיבול והמוליכות, אז נוכל להשתמש במעגל שווה ערך פשוט עבור קו עם פרמטרים מקבילים.

קו מתח עילי

העברת חשמל על חוטים חשופים חשופים דורשת מרחק משמעותי בינם לבין הקרקע.

במקרה זה, ההתנגדות האינדוקטיבית של קילומטר אחד של מוליך תלת פאזי יכולה להיות מיוצגת על ידי הביטוי X0. תלוי:

• מרחק ממוצע של צירי החוטים בין זה לזה asr;

• קוטר חיצוני של חוטי פאזה d;

• חדירות מגנטית יחסית של החומר µ;

• התנגדות אינדוקטיבית חיצונית של הקו X0 ';

• התנגדות אינדוקטיבית פנימית של הקו X0 «.

לעיון: ההתנגדות האינדוקטיבית של 1 ק"מ של קו עילי העשוי ממתכות לא ברזליות היא בערך 0.33 ÷ 0.42 אוהם / ק"מ.

קו הולכה בכבלים

קו מתח באמצעות כבל מתח גבוה שונה מבחינה מבנית מקו עילי. המרחק שלו בין שלבי החוטים מצטמצם באופן משמעותי ונקבע על ידי עובי שכבת הבידוד הפנימית.

כבל תלת-חוטי כזה יכול להיות מיוצג כקבל עם שלושה עטיפות של חוטים הנמתחים למרחק רב. ככל שאורכו גדל, הקיבול גדל, ההתנגדות הקיבולית יורדת והזרם הקיבולי שנסגר לאורך הכבל גדל.

תקלות הארקה חד פאזיות מתרחשות לרוב בקווי כבלים תחת השפעת זרמים קיבוליים. עבור הפיצוי שלהם ברשתות 6 ÷ 35 קילו וולט, נעשה שימוש בכורי דיכוי קשת (DGR), המחוברים דרך הנייטרלי המוארק של הרשת. הפרמטרים שלהם נבחרים על ידי שיטות מתוחכמות של חישובים תיאורטיים.

GDRs ישנים לא תמיד עבדו ביעילות בגלל איכות כוונון ירודה ופגמים בעיצוב. הם מיועדים לזרמי תקלה מדורגים ממוצעים, אשר לעתים קרובות שונים מהערכים בפועל.

כיום, מוצגים פיתוחים חדשים של GDR, המסוגלים לנטר אוטומטית מצבי חירום, למדוד במהירות את הפרמטרים העיקריים שלהם ולהתאים לכיבוי אמין של זרמי תקלה באדמה בדיוק של 2%. הודות לכך, היעילות של פעולת GDR עולה מיד ב-50%.

עקרון הפיצוי של הרכיב התגובתי של הכוח מיחידות קבלים

רשתות חשמל מעבירות חשמל במתח גבוה למרחקים ארוכים. רוב המשתמשים בו הם מנועים חשמליים עם התנגדות אינדוקטיבית ואלמנטים התנגדות. סך ההספק הנשלח לצרכנים מורכב מהרכיב הפעיל P, המשמש לעבודה שימושית, ומהרכיב התגובתי Q, הגורם לחימום הפיתולים של שנאים ומנועים חשמליים.

הרכיב התגובתי Q הנובע מתגובות אינדוקטיביות מפחית את איכות ההספק. כדי לבטל את ההשפעות המזיקות שלה בשנות השמונים של המאה הקודמת, נעשה שימוש בתוכנית פיצוי במערכת החשמל של ברית המועצות על ידי חיבור בנקי קבלים עם התנגדות קיבולית, שהפחיתה קוסינוס של זווית φ.

הם הותקנו בתחנות משנה המזינות ישירות את הצרכנים הבעייתיים. זה מבטיח ויסות מקומי של איכות החשמל.

כך ניתן להפחית משמעותית את העומס על הציוד על ידי הפחתת הרכיב התגובתי תוך העברת אותו הספק אקטיבי.שיטה זו נחשבת לשיטה היעילה ביותר לחיסכון באנרגיה לא רק במפעלים תעשייתיים, אלא גם בשירותי מגורים וקהילה. השימוש המוכשר בו יכול לשפר משמעותית את האמינות של מערכות החשמל.