Почему реактивная мощность влияет на напряжение?

Почему реактивная мощность влияет на напряжение? Предположим, у вас есть (слабая) система питания с большой реактивной нагрузкой. Если вы внезапно отключите нагрузку, вы увидите пиковое напряжение.

Есть хорошее объяснение, почему это происходит?

Для тех, кто интересуется, почему уровень напряжения и реактивная мощность тесно связаны с надежным источником, вот оригинальная статья, описывающая алгоритм Fast Decoupled Load Flow (вам нужен доступ к IEEE):

«Стотт и О. Алсак,« Быстрая развязка потока нагрузки », IEEE Trans., PAS, том 93, № 3, с. 859-869, май / июнь 1974 г.»

См. Также стр. 79 в этом учебнике Вуда / Волленберга на books.google .

Цитата Роджера С. Дугана, автора этого учебника по электроэнергетическим системам:

Реактивная мощность (ВАР) необходима для поддержания напряжения для подачи активной мощности (Вт) по линиям передачи. Моторные нагрузки и другие нагрузки требуют реактивной мощности, чтобы преобразовать поток электронов в полезную работу. Когда реактивной мощности недостаточно, напряжение падает, и невозможно протолкнуть мощность, требуемую нагрузками, через линии.

_{Я считаю, что история редактирования может быть интересна всем, кто интересуется, что такое редактирование и все комментарии.}

Почему реактивная мощность влияет на напряжение? Предположим, у вас есть (слабая) система питания с большой реактивной нагрузкой. Если вы внезапно отключите нагрузку, вы увидите пиковое напряжение.

Во-первых, нам нужно определить, что именно спрашивают. Теперь, когда вы заявили, что это относится к энергосистеме общего назначения, а не к выходу операционного усилителя или чего-то еще, мы знаем, что означает «реактивная мощность». Это сокращение используется в электроэнергетике. В идеале нагрузка на систему должна быть резистивной, но в действительности она является частично индуктивной. Они разделяют эту нагрузку на чисто резистивные и чисто индуктивные компоненты и называют то, что передается сопротивлению, «реальной мощностью», а то, что передается индуктивности, как «реактивной мощностью».

Это порождает некоторые интересные вещи, например, что конденсатор в линии передачи является генератором реактивной мощности. Да, это звучит забавно, но если вы будете следовать приведенному выше определению реактивной мощности, это все непротиворечиво и никакая физика не нарушается. Фактически, конденсаторы иногда используются для «генерации» реактивной мощности.

Фактический ток, выходящий из генератора, отстает от напряжения на небольшой фазовый угол. Вместо того, чтобы думать об этом как о величине и фазовом угле, он рассматривается как два отдельных компонента с разными величинами, один с нулевой фазой, а другой с запаздыванием 90 °. Первый - это ток, который вызывает реальную мощность, а второй - реактивная мощность. Два способа описания общего тока по отношению к напряжению математически эквивалентны (каждый из них может быть однозначно преобразован в другой).

Таким образом, вопрос сводится к тому, почему ток генератора, который отстает от напряжения на 90 °, вызывает снижение напряжения? Я думаю, что есть два ответа на это.

Во-первых, любой ток, независимо от фазы, все же вызывает падение напряжения через неизбежное сопротивление в системе. Этот ток пересекает 0 на пике напряжения, так что вы можете сказать, что он не должен влиять на пик напряжения. Тем не менее, ток является отрицательным прямо перед пиком напряжения. Это может фактически вызвать немного более высокий кажущийся (после падения напряжения на последовательном сопротивлении) пик напряжения непосредственно перед пиком напряжения холостого хода. Иными словами, из-за ненулевого сопротивления источника кажущееся выходное напряжение имеет другой пик в другом месте, чем напряжение холостого хода.

Я думаю, что реальный ответ связан с неустановленными предположениями, встроенными в вопрос, который представляет собой систему управления вокруг генератора. То, на что вы действительно видите реакцию, снимая реактивную нагрузку, - это не генератор, а генератор, с его системой управления, компенсирующей изменение нагрузки. Опять же, неизбежное сопротивление в системе, умноженное на реактивный ток, вызывает реальные потери. Обратите внимание, что некоторые из этих «сопротивлений» могут быть не прямым электрическим сопротивлением, а механическими проблемами, возникающими в электрической системе. Эти реальные потери будут увеличивать реальную нагрузку на генератор, поэтому устранение реактивной нагрузки по-прежнему снимает некоторую реальную нагрузку.

Этот механизм становится более существенным, чем шире «система», производящая реактивную мощность. Если система включает в себя линию передачи, то реактивный ток все еще вызывает реальные потери I ² R в линии передачи, которые вызывают реальную нагрузку на генератор.

Рассмотрим импеданс источника слабой энергосистемы, который имеет как резистивный, так и реактивный компонент (то есть «идеальный» источник напряжения последовательно с комбинацией RL). Так же, как резистивная нагрузка образует «делитель напряжения» с источником, реактивная нагрузка будет делать то же самое. При применении стандартных правил делителя напряжения к сложным импедансам становится понятной причина наблюдаемого результата (большее падение напряжения при индуктивных нагрузках, чем при чисто резистивных).

Другими словами, есть два способа получить больший ток из полного сопротивления реактивного источника - один для увеличения падения напряжения, второй для увеличения сдвига фаз на индуктивном компоненте. Добавление реактивной нагрузки с тем же «знаком» комплексного импеданса уменьшает этот фазовый сдвиг (поскольку результирующий переменный ток в системе создает напряжение на нагрузке, более синфазное с напряжением «идеального» компонента источника), поэтому падение напряжения на импедансе источника должно увеличиваться для обеспечения того же тока нагрузки.

Другая интерпретация этого вопроса связана с переходными процессами: когда большой ток, проходящий через индуктор (все провода имеют индуктивное свойство), прерывается, коллапсирующее магнитное поле вызывает повышение напряжения в индукторе, пропорциональное di / dt. Это создает кратковременный пик в нагрузке в течение доли цикла, однако, если в системе имеется значительная емкость, может произойти звон (колебание), которое распространяет переходный процесс на несколько циклов. Эти переходные процессы делают переключение тяжелых индуктивных нагрузок сложной задачей проектирования.

«Если вы внезапно отключите нагрузку, вы почувствуете пик напряжения». Я предлагаю вам посмотреть на эффект Ферранти . Когда вы снимаете нагрузку, вы по существу создаете слегка загруженную линию.