ทำไมพลังงานปฏิกิริยามีผลต่อแรงดันไฟฟ้า?


14

ทำไมพลังงานปฏิกิริยามีผลต่อแรงดันไฟฟ้า? สมมติว่าคุณมีระบบพลังงาน (อ่อน) กับโหลดปฏิกิริยาขนาดใหญ่ หากคุณตัดการเชื่อมต่อโหลดทันทีคุณจะได้สัมผัสกับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด

มีคำอธิบายที่ดีว่าทำไมสิ่งนี้จึงเกิดขึ้น


สำหรับผู้ที่สนใจว่าทำไมระดับแรงดันไฟฟ้าและพลังงานรีแอคทีฟจึงมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดจากแหล่งที่เชื่อถือได้นี่คือเอกสารต้นฉบับที่อธิบายอัลกอริธึมการไหลอย่างรวดเร็ว decoupled โหลด (คุณต้องเข้าถึง IEEE):

"Stott and O. Alsac," การไหลโหลดเร็วแยกอิสระ "IEEE Trans. บน PAS, vol. 93, no. 3, pp. 859-869, พฤษภาคม / มิถุนายน 1974"

ดูหน้า 79 ในหนังสือเล่มนี้โดย Wood / Wollenberg ในbooks.google .

ข้อความจาก Roger C Dugan ผู้เขียนหนังสือเล่มนี้เกี่ยวกับระบบไฟฟ้ากำลัง:

กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (vars) จำเป็นต้องใช้เพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าเพื่อส่งกำลังไฟฟ้าที่ใช้งาน (วัตต์) ผ่านสายส่ง โหลดมอเตอร์และโหลดอื่น ๆ ต้องการพลังงานปฏิกิริยาเพื่อแปลงการไหลของอิเล็กตรอนให้เป็นงานที่มีประโยชน์ เมื่อมีพลังงานรีแอกทีฟไม่เพียงพอแรงดันจะลดลงและไม่สามารถผลักดันพลังงานที่ต้องการโดยโหลดผ่านเส้น

ฉันเชื่อว่าประวัติการแก้ไขอาจน่าสนใจสำหรับทุกคนที่สงสัยว่าการแก้ไขและความคิดเห็นทั้งหมดเกี่ยวข้องกับอะไร


4
ในฐานะวิศวกรไฟฟ้ากำลังนี่เป็นคำถามที่ถูกต้องและน่าสนใจ (เป็นที่ยอมรับฉันไม่ทราบคำตอบของหัวของฉันและฉันจะต้องทำการวิจัยบางอย่าง)
Li-aung Yip

ที่เกี่ยวข้อง: เครื่องชดเชย VAR แบบคงที่ (อุปกรณ์ที่ฉีดหรือใช้พลังงานปฏิกิริยาที่สถานีย่อยเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าของสายส่ง) และแนวคิดทั่วไปของการชดเชยพลังงานปฏิกิริยา
Li-aung Yip

คำตอบที่แม่นยำยิ่งกว่าก็คือมอเตอร์ผลิตกระแสไฟฟ้าที่เกิดปฏิกิริยาจากการกระตุ้นของขดลวดหรือ + VAR และใครบางคนจะต้องชดเชยกับ -VAR's (เช่น cap series หรือ shunt) เพื่อลดพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน tinyurl.com/y9zmovut
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

คำตอบ:


6

ทำไมพลังงานปฏิกิริยามีผลต่อแรงดันไฟฟ้า? สมมติว่าคุณมีระบบพลังงาน (อ่อน) กับโหลดปฏิกิริยาขนาดใหญ่ หากคุณตัดการเชื่อมต่อโหลดทันทีคุณจะได้สัมผัสกับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด

อันดับแรกเราต้องกำหนดสิ่งที่ถูกถามอย่างแท้จริง ตอนนี้คุณได้กล่าวว่าเรื่องนี้เกี่ยวข้องกับระบบพลังงานระดับสาธารณูปโภคไม่ใช่เอาท์พุทของ opamp หรืออะไรเรารู้ว่า "พลังงานปฏิกิริยา" หมายถึง นี่คือทางลัดที่ใช้ในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า โดยหลักการแล้วโหลดบนระบบจะมีความต้านทาน แต่ในความเป็นจริงนั้นมีการเหนี่ยวนำบางส่วน พวกเขาแยกโหลดนี้เป็นส่วนประกอบต้านทานและบริสุทธิ์ที่มีความต้านทานและอ้างถึงสิ่งที่ส่งมอบให้กับความต้านทานเป็น "พลังที่แท้จริง" และสิ่งที่ส่งมอบให้กับตัวเหนี่ยวนำเป็น "พลังงานปฏิกิริยา"

สิ่งนี้ก่อให้เกิดสิ่งที่น่าสนใจเช่นตัวเก็บประจุที่ต่อสายส่งเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานสำรอง ใช่ฟังดูตลก แต่ถ้าคุณทำตามคำจำกัดความของพลังงานรีแอกทีฟด้านบนนี่เป็นสิ่งที่สอดคล้องกันและไม่มีการละเมิดทางฟิสิกส์ ในความเป็นจริงตัวเก็บประจุบางครั้งใช้เพื่อ "สร้าง" พลังงานรีแอกทีฟ

กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจริงออกมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นจะทำให้แรงดันไฟฟ้าตกไปด้วยมุมเฟสเล็ก ๆ แทนที่จะคิดว่านี่เป็นขนาดและมุมของมุมมันคิดว่าเป็นสององค์ประกอบที่แยกกันโดยแยกขนาดหนึ่งที่ 0 เฟสและอีก lagging ที่ 90 °เฟส อดีตเป็นกระแสที่ทำให้เกิดพลังงานจริงและพลังงานปฏิกิริยาหลัง สองวิธีในการอธิบายกระแสโดยรวมด้วยความเคารพต่อแรงดันไฟฟ้านั้นมีความเท่าเทียมกันทางคณิตศาสตร์ (แต่ละวิธีสามารถแปลงให้เป็นกระแสอื่นได้อย่างไม่น่าสงสัย)

ดังนั้นคำถามลงมาว่าทำไมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในปัจจุบันที่มีการล่าช้าของแรงดันไฟฟ้า 90 °ทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลง? ฉันคิดว่ามีสองคำตอบสำหรับเรื่องนี้

ประการแรกกระแสใด ๆ โดยไม่คำนึงถึงเฟสยังคงทำให้แรงดันตกคร่อมตามความต้านทานที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในระบบ กระแสนี้ตัดผ่าน 0 ที่จุดสูงสุดของแรงดันดังนั้นคุณอาจบอกว่ามันไม่ควรส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าสูงสุด อย่างไรก็ตามกระแสไฟฟ้าเป็นลบก่อนแรงดันไฟฟ้าสูงสุด สิ่งนี้สามารถทำให้เกิดความชัดเจนมากขึ้นเล็กน้อย (หลังจากแรงดันตกที่ความต้านทานอนุกรม) สูงสุดของแรงดันไฟฟ้าทันทีก่อนที่แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด ใส่อีกวิธีหนึ่งเนื่องจากความต้านทานแหล่งจ่ายที่ไม่เป็นศูนย์แรงดันเอาท์พุทที่เห็นได้ชัดมีจุดสูงสุดที่ต่างกันในสถานที่ที่แตกต่างจากแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด

ฉันคิดว่าคำตอบที่แท้จริงเกี่ยวข้องกับสมมติฐานที่ไม่ได้มีการสร้างไว้ในคำถามซึ่งเป็นระบบควบคุมรอบตัวสร้าง สิ่งที่คุณเห็นจริง ๆ ปฏิกิริยาโดยการลบโหลดปฏิกิริยาไม่ใช่ตัวกำเนิดเปลือย แต่ตัวกำเนิดที่มีระบบควบคุมจะชดเชยการเปลี่ยนแปลงโหลด อีกครั้งความต้านทานที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในระบบคูณด้วยกระแสตอบสนองทำให้เกิดการสูญเสียที่แท้จริง โปรดทราบว่า "ความต้านทาน" บางอย่างนั้นอาจไม่ได้เป็นความต้านทานไฟฟ้าโดยตรง แต่ปัญหาเชิงกลที่คาดการณ์กับระบบไฟฟ้า การสูญเสียจริงเหล่านั้นจะเพิ่มลงในโหลดจริงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังนั้นการลบโหลดปฏิกิริยายังคงช่วยลดภาระจริงบางอย่างได้

กลไกนี้มีความสำคัญมากยิ่งขึ้น "ระบบ" ที่กว้างขึ้นนั่นคือการผลิตพลังงานรีแอกทีฟ หากระบบมีสายส่งกระแสไฟฟ้าจากปฏิกิริยาจะยังคงก่อให้เกิดการสูญเสียI 2 R ที่แท้จริงในสายส่งซึ่งทำให้เกิดการโหลดจริงบนเครื่องกำเนิด


@ Robert: นี่คือประเภทของข้อสมมติที่ขาดหายไปในคำถามของคุณซึ่งเป็นสาเหตุที่การเขียนคำตอบอาจเสียเวลา ก่อนหน้านี้คุณมีสมมติฐานโดยนัยหลายประการ ฉันพยายามตอบเมื่อคุณตัดมันออกไป มาดูกันว่าสมมติฐานจะทำให้เสียเวลาของทุกคนได้อย่างไรและทำไมจึงต้องปิดคำถามที่พึ่งพาพวกเขา
Olin Lathrop

ฉันคิดว่า Olin นั้นถูกต้องเป็นหลัก - สายส่งมีการเหนี่ยวนำและกฎของโอห์มกล่าวว่าจะมีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมการเหนี่ยวนำดังกล่าว ถ้อยคำเกี่ยวกับ 'พลังงานปฏิกิริยา' กำลังพูดถึงแรงดันไฟฟ้าตก คุณสามารถต่อต้านการเหนี่ยวนำได้โดยการเพิ่มความจุซึ่งเป็นสิ่งสำคัญที่ตัวชดเชย VAR แบบคงที่จะทำ หมายเหตุ: ฉันวิจัยเพียงระดับตื้นและจะต้องตรวจสอบทรัพยากรบางอย่างในที่ทำงาน (แม้ว่าตอนนี้เรายุ่งมากดังนั้นอย่ากลั้นลมหายใจของคุณ)
Li-aung Yip

@Yip: กฎของ Ohm ระบุว่าจะมีแรงดันตกคร่อมความต้านทานตามสัดส่วนกับกระแสผ่านมัน ฉันเชื่อว่ามันเป็นฟาราเดย์และเฮนรี่ที่ทำงานรายละเอียดสำหรับความจุและการเหนี่ยวนำภายใต้อิทธิพลของ AC (ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำไม่ใช่เฮนรี่และฟาราเดย์)
ฟิลด์ EM

@EMFields: เราทำงานกับสมมติฐานที่ทำให้เข้าใจง่ายในวิศวกรรมไฟฟ้า เราถือว่าความถี่คงที่ (ω = 50Hz หรือ 60Hz) ซึ่งในกรณีที่การเหนี่ยวนำที่กำหนดใน Henries แปลงเป็นจำนวนโอห์มที่กำหนดให้เป็น X [Ω] = j ×ω× L. ความต้านทานของสายส่งนั้นจะกลายเป็นจินตภาพ จำนวนโอห์ม (เช่น Z = j10 Ω) และคุณสามารถทำกฎของโอห์มโดยใช้ตัวเลขที่ซับซ้อนเพื่อกำหนดแรงดันตกที่ซับซ้อนจำนวน - V = I * ×× Z (ฉันละเลยส่วนความต้านทานของอิมพีแดนซ์ซึ่งมีขนาดเล็กกว่า ปฏิกิริยาการเหนี่ยวนำ) ดูเหมือนว่าแปลกประหลาด แต่มันก็เป็นแบบอย่างที่ถูกต้องที่เราสังเกต
Li-aung Yip

2

พิจารณาความต้านทานแหล่งที่มาของระบบพลังงานที่อ่อนแอมีทั้งองค์ประกอบต้านทานและปฏิกิริยา (เช่นแหล่งกำเนิดแรงดัน "อุดมคติ" ในชุดที่มีการรวมกัน RL) เช่นเดียวกับโหลดตัวต้านทานจะสร้าง "ตัวแบ่งแรงดัน" พร้อมแหล่งที่มาโหลดที่เกิดปฏิกิริยาจะทำเช่นเดียวกัน โดยการใช้กฎการแบ่งแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานกับความต้านทานที่ซับซ้อนเหตุผลสำหรับผลลัพธ์ที่สังเกตได้ (แรงดันไฟฟ้าตกที่มากขึ้นกับโหลดอุปนัยกว่ากับตัวต้านทานอย่างหมดจด) จะกลายเป็นชัดเจน

เพื่อให้มันมีอีกวิธีหนึ่งมีสองวิธีที่จะทำให้เกิดกระแสออกมาจากอิมพีแดนซ์ของรีแอกทีฟได้มากขึ้น - วิธีหนึ่งคือการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าตกที่สองคือการเพิ่มเฟสการเปลี่ยนผ่านองค์ประกอบอุปนัย การเพิ่มโหลดรีแอคทีฟที่มี "สัญญาณ" เดียวกันของอิมพิแดนซ์ที่ซับซ้อนช่วยลดการเลื่อนเฟสนั้น (เนื่องจากกระแส AC ในระบบทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่โหลดมากขึ้นในเฟสพร้อมกับองค์ประกอบ "อุดมคติ" ของแหล่งที่มา) แรงดันตกคร่อมความต้านทานแหล่งจ่ายจะต้องเพิ่มขึ้นเพื่อให้โหลดกระแสเท่ากัน

การตีความอื่น ๆ ของคำถามเกี่ยวข้องกับชั่วคราวเมื่อผ่านกระแสขนาดใหญ่แม้ว่าตัวเหนี่ยวนำ (สายไฟทั้งหมดมีคุณสมบัติอุปนัย) ถูกขัดจังหวะสนามแม่เหล็กที่ยุบตัวจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นในตัวเหนี่ยวนำตามสัดส่วน di / dt สิ่งนี้สร้างจุดสูงสุดชั่วคราวที่โหลดสำหรับเศษส่วนของรอบอย่างไรก็ตามถ้ามีความจุที่สำคัญในระบบเสียงเรียกเข้า (oscillation) สามารถเกิดขึ้นซึ่งกระจายออกชั่วคราวในช่วงไม่กี่รอบ ภาวะชั่วครู่เหล่านี้ทำให้การสลับโหลดความเหนี่ยวนำหนักเป็นความท้าทายด้านการออกแบบ


0

"หากคุณปลดการเชื่อมต่อภาระทันทีคุณจะได้สัมผัสกับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด" ผมแนะนำให้คุณมองขึ้นผล Ferranti เมื่อคุณลบภาระคุณจะต้องสร้างเส้นที่มีน้ำหนักเบา


1
คุณสามารถอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้ไหม? คำตอบสำหรับลิงก์เท่านั้นไม่ได้รับการสนับสนุน
Adam Haun

นี่ไม่ใช่คำตอบสำหรับลิงค์เท่านั้น ...
Null

@Null: เพิ่มลิงก์แล้ว
Dave Tweed

บางคนไม่มีการเรียนรู้หรือทักษะการท่องเว็บ
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.