Điện kháng trong kỹ thuật điện

Nổi tiếng trong ngành kỹ thuật điện Định luật Ohm giải thích rằng nếu đặt một hiệu điện thế vào hai đầu của một đoạn mạch, thì một dòng điện sẽ chạy dưới tác dụng của nó, cường độ của dòng điện này phụ thuộc vào điện trở của môi trường.

Nguồn điện áp xoay chiều tạo ra dòng điện trong mạch kết nối với chúng, dòng điện này có thể tuân theo hình dạng sóng hình sin của nguồn hoặc dịch chuyển về phía trước hoặc phía sau một góc so với nguồn.

Nếu mạch điện không thay đổi hướng của dòng điện và vectơ pha của nó hoàn toàn trùng với điện áp đặt vào, thì phần đó có điện trở hoạt động hoàn toàn. Khi có sự khác nhau về chiều quay của các vectơ, chúng nói lên bản chất phản kháng của điện trở.

Các phần tử điện khác nhau có khả năng khác nhau làm lệch dòng điện chạy qua chúng và thay đổi độ lớn của nó.

Điện trở của cuộn dây

Lấy một nguồn điện áp xoay chiều ổn định và một đoạn dây dài cách điện. Đầu tiên, chúng tôi kết nối máy phát điện với toàn bộ dây thẳng, sau đó với nó, nhưng quấn thành các vòng xung quanh mạch từ, được sử dụng để cải thiện sự đi qua của từ thông.

Bằng cách đo chính xác dòng điện trong cả hai trường hợp, có thể thấy rằng trong thí nghiệm thứ hai, giá trị của nó sẽ giảm đáng kể và độ trễ pha ở một góc nhất định.

Điều này là do sự xuất hiện của các lực cảm ứng ngược lại biểu hiện dưới tác động của định luật Lenz.

Trong hình, dòng điện sơ cấp được hiển thị bằng các mũi tên màu đỏ và từ trường do nó tạo ra được hiển thị bằng màu xanh lam. Chiều chuyển động của nó được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Nó cũng đi qua tất cả các vòng liền kề bên trong cuộn dây và tạo ra một dòng điện trong chúng, được hiển thị bằng các mũi tên màu xanh lá cây, dòng điện này làm suy yếu giá trị của dòng điện sơ cấp được áp dụng trong khi dịch chuyển hướng của nó so với EMF được áp dụng.

Cuộn dây quấn càng nhiều vòng thì suất điện động cảm ứng X càng tăng.Cường độ dòng điện sơ cấp giảm.

Giá trị của nó phụ thuộc vào tần số f, độ tự cảm L, được tính theo công thức:

xL= 2πfL = ωL

Bằng cách vượt qua lực tự cảm, dòng điện cuộn dây trễ điện áp 90 độ.

Điện trở máy biến áp

Thiết bị này có hai hoặc nhiều cuộn dây trên một mạch từ chung. Một trong số chúng nhận điện từ nguồn bên ngoài và nó được truyền cho các nguồn khác theo nguyên tắc biến đổi.

Dòng điện sơ cấp đi qua cuộn dây nguồn tạo ra một từ thông trong và xung quanh mạch từ, từ thông này đi qua các vòng của cuộn thứ cấp và tạo thành dòng điện thứ cấp trong đó.

Bởi vì nó là hoàn hảo để tạo ra thiết kế máy biến áp là không thể, khi đó một số từ thông sẽ tiêu tán vào môi trường và tạo ra tổn thất.Chúng được gọi là thông lượng rò rỉ và ảnh hưởng đến lượng điện kháng rò rỉ.

Đối với những điều này được thêm vào thành phần hoạt động của điện trở của mỗi cuộn dây. Tổng giá trị thu được được gọi là trở kháng điện của máy biến áp hoặc của nó sức đề kháng phức tạp Z, tạo ra sự sụt giảm điện áp trên tất cả các cuộn dây.

Đối với biểu thức toán học của các kết nối bên trong máy biến áp, điện trở hoạt động của cuộn dây (thường được làm bằng đồng) được biểu thị bằng các chỉ số "R1" và "R2" và điện cảm bằng "X1" và "X2".

Tổng trở trong mỗi cuộn dây là:

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2.

Trong biểu thức này, chỉ số «j» biểu thị một đơn vị tưởng tượng nằm trên trục tung của mặt phẳng phức.

Chế độ quan trọng nhất về điện trở cảm ứng và sự xuất hiện của thành phần công suất phản kháng được tạo ra khi các máy biến áp được kết nối vận hành song song.

điện trở tụ điện

Về mặt cấu trúc, nó bao gồm hai hoặc nhiều tấm dẫn điện được ngăn cách bởi một lớp vật liệu có đặc tính điện môi. Do sự phân tách này, dòng điện một chiều không thể đi qua tụ điện, nhưng dòng điện xoay chiều thì có thể, nhưng với độ lệch so với giá trị ban đầu của nó.

Sự thay đổi của nó được giải thích bằng nguyên tắc hoạt động của điện trở phản ứng - điện dung.

Dưới tác dụng của điện áp xoay chiều đặt vào, thay đổi ở dạng hình sin, trên các tấm xảy ra hiện tượng nhảy, tích tụ các điện tích có dấu hiệu ngược lại. Tổng số của chúng bị giới hạn bởi kích thước của thiết bị và được đặc trưng bởi dung lượng. Nó càng lớn thì càng mất nhiều thời gian để sạc.

Trong nửa chu kỳ dao động tiếp theo, cực của điện áp trên hai bản tụ điện đổi dấu.Dưới ảnh hưởng của nó, có sự thay đổi về điện thế, sự nạp lại các điện tích hình thành trên các bản. Theo cách này, dòng điện sơ cấp được tạo ra và sự đối lập với dòng điện đi qua của nó được tạo ra khi nó giảm độ lớn và di chuyển dọc theo góc.

Thợ điện có một trò đùa về điều này. Dòng điện một chiều trên biểu đồ được biểu diễn bằng một đường thẳng và khi nó chạy dọc theo dây dẫn, điện tích khi chạm tới bản tụ điện sẽ nằm trên chất điện môi, đi vào ngõ cụt. Chướng ngại vật này ngăn cản anh ta vượt qua.

Sóng hài hình sin đi qua các chướng ngại vật và điện tích, lăn tự do trên các tấm sơn, sẽ mất đi một phần nhỏ năng lượng được thu giữ trên các tấm.

Trò đùa này có một ý nghĩa ẩn giấu: khi một điện áp xung không đổi hoặc được chỉnh lưu được đặt giữa các tấm, do sự tích tụ điện tích từ chúng, một sự khác biệt tiềm năng không đổi nghiêm ngặt được tạo ra, giúp làm dịu tất cả các bước nhảy trong nguồn điện mạch. Tính chất này của tụ điện có điện dung tăng được sử dụng trong ổn áp không đổi.

Nói chung, điện trở điện dung Xc, hoặc sự chống lại dòng điện xoay chiều chạy qua nó, phụ thuộc vào thiết kế của tụ điện, xác định điện dung «C», và được biểu thị bằng công thức:

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

Do các tấm được nạp lại, dòng điện qua tụ điện làm tăng điện áp 90 độ.

Điện trở của dòng điện

Mỗi đường dây điện được thiết kế để truyền năng lượng điện. Theo thông lệ, nó được biểu diễn dưới dạng các phần mạch tương đương với các tham số phân tán của điện trở r hoạt động, điện kháng (cảm ứng) x và độ dẫn điện g, trên một đơn vị chiều dài, thường là một km.

Nếu chúng ta bỏ qua ảnh hưởng của điện dung và độ dẫn, thì chúng ta có thể sử dụng một mạch tương đương đơn giản hóa cho một đường dây có các tham số song song.

Đường dây điện trên không

Việc truyền tải điện qua các dây trần hở ra ngoài đòi hỏi một khoảng cách đáng kể giữa chúng và từ mặt đất.

Trong trường hợp này, điện trở cảm ứng của một km dây dẫn ba pha có thể được biểu thị bằng biểu thức X0. phụ thuộc:

• khoảng cách trung bình giữa các trục của dây với nhau asr;

• đường kính ngoài của dây pha d;

• độ thấm từ tương đối của vật liệu µ;

• điện trở cảm ứng ngoài của đường dây X0';

• điện trở cảm ứng trong của đường dây X0 «.

Để tham khảo: điện trở cảm ứng của 1 km đường dây trên không làm bằng kim loại màu là khoảng 0,33 ÷ 0,42 Ohm / km.

Đường truyền cáp

Đường dây điện sử dụng cáp điện áp cao có cấu trúc khác với đường dây trên không. Khoảng cách giữa các pha của dây giảm đáng kể và được xác định bởi độ dày của lớp cách điện bên trong.

Một cáp ba dây như vậy có thể được biểu diễn dưới dạng một tụ điện với ba vỏ dây kéo dài trên một khoảng cách dài. Khi chiều dài của nó tăng lên, điện dung tăng lên, điện trở giảm xuống và dòng điện dung đóng dọc theo cáp tăng lên.

Sự cố chạm đất một pha thường xảy ra nhất trong các đường dây cáp dưới tác động của dòng điện dung. Để bù chúng trong các mạng 6 ÷ 35 kV, các lò phản ứng triệt tiêu hồ quang (DGR) được sử dụng, được kết nối thông qua trung tính nối đất của mạng. Các tham số của chúng được lựa chọn bằng các phương pháp tính toán lý thuyết phức tạp.

GDR cũ không phải lúc nào cũng hoạt động hiệu quả do chất lượng điều chỉnh kém và thiết kế không hoàn hảo. Chúng được thiết kế cho dòng sự cố định mức trung bình, thường khác với giá trị thực tế.

Ngày nay, những phát triển mới của GDR đã được giới thiệu, có khả năng tự động theo dõi các tình huống khẩn cấp, nhanh chóng đo các thông số chính của chúng và điều chỉnh để dập tắt dòng sự cố chạm đất một cách đáng tin cậy với độ chính xác 2%. Nhờ đó, hiệu quả hoạt động của GDR ngay lập tức tăng 50%.

Nguyên tắc bù thành phần phản kháng của công suất từ ​​các bộ tụ điện

Lưới điện truyền tải điện áp cao trên một khoảng cách dài. Hầu hết người dùng của nó là động cơ điện có điện trở cảm ứng và các phần tử điện trở. Tổng công suất được gửi đến người tiêu dùng bao gồm thành phần hoạt động P, được sử dụng để thực hiện công việc hữu ích và thành phần phản kháng Q, làm nóng cuộn dây của máy biến áp và động cơ điện.

Thành phần phản kháng Q phát sinh từ điện kháng cảm ứng làm giảm chất lượng điện năng. Để loại bỏ tác hại của nó trong những năm tám mươi của thế kỷ trước, sơ đồ bù đã được sử dụng trong hệ thống điện của Liên Xô bằng cách kết nối các tụ điện với điện trở điện dung, giúp giảm cosin của một góc φ.

Chúng được lắp đặt tại các trạm biến áp cung cấp trực tiếp cho người tiêu dùng có vấn đề. Điều này đảm bảo quy định cục bộ về chất lượng điện năng.

Bằng cách này, có thể giảm đáng kể tải cho thiết bị bằng cách giảm thành phần phản kháng trong khi truyền cùng công suất tác dụng.Phương pháp này được coi là phương pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả nhất không chỉ trong các doanh nghiệp công nghiệp, mà còn trong các dịch vụ dân cư và cộng đồng. Việc sử dụng thành thạo của nó có thể cải thiện đáng kể độ tin cậy của hệ thống điện.