電氣工程中的電抗

著名電氣工程 歐姆定律 解釋說，如果在一段電路的兩端施加電位差，那麼在其作用下就會有電流流過，電流的強弱取決於介質的電阻。

交流電壓源在與其相連的電路中產生電流，該電流可能遵循電源正弦波的形狀，或者向前或向後偏移一個角度。

如果電路不改變電流的方向並且其相位矢量與施加的電壓完全一致，則該部分具有純有源電阻。當向量的旋轉存在差異時，它們就表示電阻的反應性。

不同的電氣元件具有不同的偏轉流過它們的電流並改變其大小的能力。

線圈的電抗

取一個穩定的交流電壓源和一根長絕緣線。首先，我們將發電機連接到整根直線，然後再連接到它，但繞成環狀 磁路，用於改善磁通量的通過。

通過準確測量兩種情況下的電流可以看出，在第二個實驗中，其值會明顯下降，並且在某個角度會觀察到相位滯後。

這是由於在楞次定律的作用下出現了相反的感應力。

圖中，初級電流的通過用紅色箭頭表示，其產生的磁場用藍色表示。它的運動方向由右手法則決定。它還穿過線圈內的所有相鄰匝並在其中感應出電流，如綠色箭頭所示，這會削弱施加的初級電流的值，同時改變其相對於施加的 EMF 的方向。

繞在線圈上的匝數越多，感抗 X.L 越小，初級電流就越小。

其值取決於頻率f、電感L，由下式計算：

xL= 2πfL = ωL

通過克服電感力，線圈電流滯後電壓 90 度。

變壓器電阻

該設備在一個公共磁路上有兩個或多個線圈。其中一個從外部電源接收電力，並根據轉換原理傳輸給其他人。

通過電源線圈的初級電流在磁路中和周圍感應出磁通量，該磁通量穿過次級線圈的匝數並在其中形成次級電流。

因為它非常適合創作 變壓器設計 是不可能的，那麼一些磁通量會消散到環境中並造成損失。這些稱為漏磁通，會影響漏電抗的大小。

每個線圈的電阻的有源分量被添加到這些中。得到的總值稱為變壓器的電阻抗或其 複合電阻 Z，在所有繞組上產生壓降。

對於變壓器內部連接的數學表達式，繞組（通常由銅製成）的有源電阻用索引“R1”和“R2”表示，電感用“X1”和“X2”表示。

每個線圈的阻抗為：

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2。

在這個表達式中，下標 «j» 表示位於復平面垂直軸上的虛數單位。

就電感電阻和無功功率分量的出現而言，最關鍵的狀態是在變壓器並聯運行時產生的。

電容電阻

在結構上，它包括兩個或多個導電板，由一層具有介電特性的材料隔開。由於這種分離，直流電不能通過電容器，但交流電可以，但會偏離其原始值。

它的變化是用電抗-容性電阻的作用原理來解釋的。

在所施加的交流電壓的作用下，以正弦曲線形式變化，在板上發生跳躍，具有相反符號的電能電荷積累。它們的總數受設備大小的限制，並以容量為特徵。越大，充電時間越長。

在接下來的半個振盪週期中，電容器極板上的電壓極性反轉。在它的影響下，電勢發生變化，板上形成的電荷重新充電。以這種方式，初級電流的流動被創造出來，並且當它的幅度減小並沿著角度移動時，產生對其通過的阻力。

電工對此有一個笑話。直流電在圖中用一條直線表示，當它通過導線時，電荷到達電容器極板，停留在電介質上，進入死胡同。這個障礙阻止他通過。

正弦諧波穿過障礙物和電荷，在塗漆板上自由滾動，損失了一小部分在板上捕獲的能量。

這個笑話有一個隱藏的意思：當一個恆定的或整流的脈動電壓施加到極板之間的極板時，由於它們的電荷積累，會產生嚴格恆定的電位差，從而消除電源中的所有跳躍電路。電容增加的電容器的這種特性被用於恆壓穩定器中。

通常，電容電阻 Xc，或交流電通過它的阻力，取決於電容器的設計，它決定了電容 «C»，並由以下公式表示：

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

由於極板充電，流過電容器的電流使電壓升高 90 度。

電源線的反應性

每條電源線都旨在傳輸電能。通常將其表示為每單位長度（通常為一公里）具有有功 r、無功（感性）x 電阻和電導 g 的分佈參數的等效電路部分。

如果我們忽略電容和電導的影響，那麼我們可以使用具有並聯參數的線路的簡化等效電路。

架空電源線

通過裸露的裸線傳輸電力需要它們與地面之間有很大的距離。

在這種情況下，一公里三相導線的感應電阻可以用表達式X0來表示。依靠：

• 線軸之間的平均距離 asr；

• 相線外徑d；

• 材料的相對磁導率 µ；

• X0'線路外感性電阻；

• 線路內部感性電阻X0«。

供參考：由有色金屬製成的架空線1公里的感應電阻約為0.33÷0.42歐姆/公里。

電纜傳輸線

使用高壓電纜的電力線在結構上與架空線不同。它的導線相間距離明顯減小，由內部絕緣層的厚度決定。

這樣的三線電纜可以表示為一個電容器，其三層電線外皮延伸很長的距離。隨著其長度的增加，電容增加，電容電阻減小，沿電纜閉合的電容電流增加。

在電容電流的影響下，單相接地故障最常發生在電纜線路中。為了在 6 ÷ 35 kV 網絡中進行補償，使用了消弧電抗器 (DGR)，它們通過網絡的接地中性點連接。它們的參數是通過複雜的理論計算方法選擇的。

由於調諧質量差和設計缺陷，舊的 GDR 並不總是有效工作。它們專為平均額定故障電流而設計，通常與實際值不同。

如今，引入了新的 GDR 發展，能夠自動監測緊急情況，快速測量其主要參數並調整以可靠地切斷接地故障電流，精度為 2%。得益於此，GDR 操作的效率立即提高了 50%。

電容器組補償電能無功分量的原理

電網遠距離傳輸高壓電。它的用戶大多是帶有感性電阻和阻性元件的電動機。發送給消費者的總功率包括用於做有用功的有功分量 P 和導致變壓器和電動機繞組發熱的無功分量 Q。

感抗產生的無功分量Q降低電能質量。為消除其有害影響，上世紀八十年代，蘇聯電力系統採用電容電阻連接電容器組的補償方案，減少了 角度的餘弦 φ。

它們安裝在直接為問題消費者供電的變電站。這確保了電能質量的本地調節。

這樣，可以在傳輸相同有功功率的同時，通過減少無功分量來顯著降低設備的負載。這種方法被認為是最有效的節能方法，不僅適用於工業企業，而且適用於住宅和公共服務。它的有效使用可以顯著提高電力系統的可靠性。