مفاعلة في الهندسة الكهربائية

مشهور في الهندسة الكهربائية قانون أوم يوضح أنه إذا تم تطبيق فرق جهد على نهايات قسم من الدائرة ، فإن تيارًا كهربائيًا سيتدفق تحت تأثيره ، وتعتمد قوته على مقاومة الوسيط.

تخلق مصادر جهد التيار المتردد تيارًا في الدائرة المتصلة بها ، والذي قد يتبع شكل الموجة الجيبية للمصدر أو يتم إزاحته للأمام أو للخلف بزاوية منه.

إذا لم تغير الدائرة الكهربائية اتجاه تدفق التيار ويتزامن ناقل طورها تمامًا مع الجهد المطبق ، فإن هذا القسم له مقاومة نشطة بحتة. عندما يكون هناك اختلاف في دوران المتجهات ، فإنها تتحدث عن الطبيعة التفاعلية للمقاومة.

تختلف قدرة العناصر الكهربائية المختلفة على تحويل التيار المتدفق خلالها وتغيير حجمه.

مفاعلة الملف

خذ مصدر جهد تيار متردد مستقر وقطعة من سلك طويل معزول. أولاً ، نقوم بتوصيل المولد بالسلك المستقيم بأكمله ، ثم به ، لكننا نلفه في حلقات حوله دائرة مغناطيسية، والذي يستخدم لتحسين مرور التدفقات المغناطيسية.

من خلال قياس التيار بدقة في كلتا الحالتين ، يمكن ملاحظة أنه في التجربة الثانية ، سيتم ملاحظة انخفاض كبير في قيمته وتأخر طور بزاوية معينة.

هذا يرجع إلى ظهور قوى معاكسة للتحريض تتجلى في إطار قانون لينز.

في الشكل ، يتم عرض مرور التيار الأساسي بواسطة الأسهم الحمراء ، ويظهر المجال المغناطيسي الذي يولده باللون الأزرق. يتم تحديد اتجاه حركتها من خلال قاعدة اليد اليمنى. كما أنه يعبر جميع المنعطفات المجاورة داخل الملف ويحفز تيارًا فيها ، كما هو موضح بواسطة الأسهم الخضراء ، مما يضعف قيمة التيار الأولي المطبق أثناء تغيير اتجاهه بالنسبة إلى EMF المطبق.

كلما زاد عدد لفات الملف ، زادت المفاعلة الحثية X ، مما يقلل من التيار الأولي.

تعتمد قيمتها على التردد f ، الحث L ، محسوبًا بالصيغة:

xL = 2πfL = L

من خلال التغلب على قوى الحث ، يتأخر تيار الملف عن الجهد بمقدار 90 درجة.

مقاومة المحولات

يحتوي هذا الجهاز على ملفين أو أكثر على دائرة مغناطيسية مشتركة. أحدهما يتلقى الكهرباء من مصدر خارجي ، وينتقل للآخرين وفق مبدأ التحويل.

يستحث التيار الأساسي الذي يمر عبر ملف الطاقة تدفقًا مغناطيسيًا داخل وحول الدائرة المغناطيسية ، والتي تعبر لفات الملف الثانوي وتشكل تيارًا ثانويًا فيه.

لأنه مثالي للإبداع تصميم المحولات مستحيل ، ثم يتبدد بعض التدفق المغناطيسي في البيئة ويحدث خسائر.هذه تسمى تدفق التسرب وتؤثر على كمية مفاعلة التسرب.

يضاف إلى ذلك المكون النشط لمقاومة كل ملف. القيمة الإجمالية التي تم الحصول عليها تسمى المعاوقة الكهربائية للمحول أو لها مقاومة معقدة Z ، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد عبر جميع اللفات.

بالنسبة للتعبير الرياضي عن التوصيلات داخل المحول ، تتم الإشارة إلى المقاومة النشطة لللفات (عادة ما تكون مصنوعة من النحاس) بواسطة المؤشرين "R1" و "R2" ، والاستقرائي بواسطة "X1" و "X2".

المقاومة في كل ملف هي:

• Z1 = R1 + jX1 ؛

• Z2 = R1 + jX2.

في هذا التعبير ، يشير الحرف السفلي «j» إلى وحدة تخيلية تقع على المحور الرأسي للمستوى المركب.

يتم إنشاء النظام الأكثر أهمية من حيث المقاومة الاستقرائية وحدوث مكون القدرة التفاعلية عندما يتم توصيل المحولات في عملية متوازية.

مقاومة المكثفات

من الناحية الهيكلية ، تشتمل على لوحين موصلين أو أكثر مفصولة بطبقة من المواد ذات خصائص عازلة. بسبب هذا الفصل ، لا يمكن للتيار المباشر أن يمر عبر المكثف ، لكن التيار المتردد يمكن أن يمر ، ولكن مع انحراف عن قيمته الأصلية.

يتم تفسير تغييره من خلال مبدأ عمل المقاومة التفاعلية - السعوية.

تحت تأثير جهد متناوب مطبق ، يتغير في شكل جيبي ، تحدث قفزة على الألواح ، وتراكم شحنات الطاقة الكهربائية بعلامات معاكسة. عددهم الإجمالي محدود بحجم الجهاز ويتميز بالسعة. كلما كان حجمه أكبر ، كلما استغرق شحنه وقتًا أطول.

خلال نصف دورة التذبذب التالية ، تنعكس قطبية الجهد عبر ألواح المكثف.تحت تأثيره ، هناك تغيير في الإمكانات ، وإعادة شحن الشحنات المتكونة على الألواح. بهذه الطريقة ، يتم إنشاء تدفق التيار الأساسي ويتم إنشاء معارضة مروره حيث يتناقص حجمه ويتحرك على طول الزاوية.

كهربائيين مزحة حول هذا. يتم تمثيل التيار المباشر على الرسم البياني بخط مستقيم ، وعندما يمر على طول السلك ، فإن الشحنة الكهربائية ، التي تصل إلى لوحة المكثف ، تستقر على العازل ، وتصل إلى طريق مسدود. هذه العقبة تمنعه ​​من المرور.

يمر التوافقي الجيبي عبر العوائق والشحنة ، التي تتدحرج بحرية على الألواح المطلية ، تفقد جزءًا صغيرًا من الطاقة التي يتم التقاطها على الألواح.

هذه النكتة لها معنى خفي: عندما يتم تطبيق جهد نابض ثابت أو مصحح على الصفائح بين الألواح ، بسبب تراكم الشحنات الكهربائية منها ، يتم إنشاء فرق جهد ثابت صارم ، مما يسهل جميع القفزات في مصدر الطاقة دائرة كهربائية. تُستخدم خاصية المكثف ذي السعة المتزايدة في مثبتات الجهد الثابت.

بشكل عام ، تعتمد المقاومة السعوية Xc ، أو مقاومة مرور التيار المتردد خلالها ، على تصميم المكثف ، الذي يحدد السعة «C» ، ويتم التعبير عنها بالصيغة:

Xc = 1 / 2πfC = 1 / ° C

بسبب إعادة شحن الألواح ، فإن التيار عبر المكثف يرفع الجهد بمقدار 90 درجة.

تفاعلية خط الكهرباء

تم تصميم كل خط طاقة لنقل الطاقة الكهربائية. من المعتاد تمثيلها كأقسام دائرة مكافئة مع معلمات موزعة للمقاومة النشطة r ، التفاعلية (الحثية) x والتوصيل g ، لكل وحدة طول ، عادةً كيلومتر واحد.

إذا أهملنا تأثير السعة والتوصيل ، فيمكننا استخدام دائرة مكافئة مبسطة لخط ذي معلمات متوازية.

خط الكهرباء العلوية

يتطلب نقل الكهرباء عبر الأسلاك المكشوفة مسافة كبيرة بينها وبين الأرض.

في هذه الحالة ، يمكن تمثيل المقاومة الاستقرائية لمسافة كيلومتر واحد من الموصل ثلاثي الطور بالتعبير X0. يعتمد على:

• متوسط ​​مسافة محاور الأسلاك بين بعضها البعض العصر ؛

• القطر الخارجي لأسلاك الطور د ؛

• النفاذية المغناطيسية النسبية للمادة µ ؛

• المقاومة الاستقرائية الخارجية للخط X0 '؛

• المقاومة الاستقرائية الداخلية للخط X0 «.

للإشارة: تبلغ المقاومة الاستقرائية لمسافة كيلومتر واحد لخط علوي مصنوع من معادن غير حديدية حوالي 0.33 × 0.42 أوم / كم.

خط نقل الكابلات

يختلف خط الطاقة الذي يستخدم كابل الجهد العالي هيكليًا عن الخط العلوي. يتم تقليل المسافة بين أطوار الأسلاك بشكل كبير ويتم تحديدها بواسطة سمك طبقة العزل الداخلية.

يمكن تمثيل هذا الكبل ثلاثي الأسلاك كمكثف بثلاثة أغلفة من الأسلاك ممتدة لمسافة طويلة. كلما زاد طوله ، تزداد السعة ، وتقل المقاومة السعوية ، ويزداد التيار السعوي الذي يغلق على طول الكابل.

غالبًا ما تحدث الأعطال الأرضية أحادية الطور في خطوط الكابلات تحت تأثير التيارات السعوية. لتعويضها في شبكات 6 × 35 كيلو فولت ، يتم استخدام مفاعلات قمع القوس (DGR) ، والتي يتم توصيلها من خلال محايد مؤرض للشبكة. يتم اختيار معلماتهم من خلال طرق معقدة للحسابات النظرية.

لم تعمل شهادات الإيداع العالمية القديمة بشكل فعال دائمًا بسبب جودة الضبط الرديئة وعيوب التصميم. إنها مصممة لمتوسط ​​تيارات الخطأ المصنفة ، والتي غالبًا ما تختلف عن القيم الفعلية.

في الوقت الحاضر ، يتم تقديم تطورات جديدة لشهادات الإيداع العالمية ، قادرة على المراقبة التلقائية لحالات الطوارئ ، وقياس معلماتها الرئيسية بسرعة وتعديلها من أجل الإطفاء الموثوق لتيارات الأعطال الأرضية بدقة 2٪. بفضل هذا ، تزداد كفاءة عملية GDR على الفور بنسبة 50٪.

مبدأ تعويض المكون التفاعلي للطاقة من وحدات المكثف

تنقل شبكات الطاقة الكهرباء عالية الجهد عبر مسافات طويلة. معظم مستخدميها هم محركات كهربائية ذات مقاومة استقرائية وعناصر مقاومة. تتكون الطاقة الإجمالية المرسلة إلى المستهلكين من المكون النشط P ، المستخدم للقيام بعمل مفيد ، والمكون التفاعلي Q ، الذي يتسبب في تسخين لفات المحولات والمحركات الكهربائية.

يقلل المكون التفاعلي Q الناتج عن التفاعلات الحثية من جودة الطاقة. للقضاء على آثاره الضارة في الثمانينيات من القرن الماضي ، تم استخدام مخطط تعويض في نظام الطاقة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية من خلال ربط البنوك المكثفة بالمقاومة السعوية ، مما قلل من جيب تمام الزاوية φ.

تم تركيبها في المحطات الفرعية التي تغذي المستهلكين المشكلة مباشرة. هذا يضمن التنظيم المحلي لجودة الطاقة.

بهذه الطريقة ، من الممكن تقليل الحمل على المعدات بشكل كبير عن طريق تقليل المكون التفاعلي أثناء نقل نفس الطاقة النشطة.تعتبر هذه الطريقة أكثر الطرق فعالية لتوفير الطاقة ليس فقط في المؤسسات الصناعية ، ولكن أيضًا في الخدمات السكنية والمجتمعية. يمكن أن يؤدي استخدامها الكفء إلى تحسين موثوقية أنظمة الطاقة بشكل كبير.