电气工程中的电抗

著名电气工程 欧姆定律 解释说，如果在一段电路的两端施加电位差，那么在其作用下就会有电流流过，电流的强弱取决于介质的电阻。

交流电压源在与其相连的电路中产生电流，该电流可能遵循电源正弦波的形状，或者向前或向后偏移一个角度。

如果电路不改变电流的方向并且其相位矢量与施加的电压完全一致，则该部分具有纯有源电阻。当向量的旋转存在差异时，它们就表示电阻的反应性。

不同的电气元件具有不同的偏转流过它们的电流并改变其大小的能力。

线圈的电抗

取一个稳定的交流电压源和一根长绝缘线。首先，我们将发电机连接到整根直线，然后再连接到它，但绕成环状 磁路，用于改善磁通量的通过。

通过准确测量两种情况下的电流可以看出，在第二个实验中，其值会明显下降，并且在某个角度会观察到相位滞后。

这是由于在楞次定律的作用下出现了相反的感应力。

图中，初级电流的通过用红色箭头表示，其产生的磁场用蓝色表示。它的运动方向由右手法则决定。它还穿过线圈内的所有相邻匝并在其中感应出电流，如绿色箭头所示，这会削弱施加的初级电流的值，同时改变其相对于施加的 EMF 的方向。

绕在线圈上的匝数越多，感抗 X.L 越小，初级电流就越小。

其值取决于频率f、电感L，由下式计算：

xL= 2πfL = ωL

通过克服电感力，线圈电流滞后电压 90 度。

变压器电阻

该设备在一个公共磁路上有两个或多个线圈。其中一个从外部电源接收电力，并根据转换原理传输给其他人。

通过电源线圈的初级电流在磁路中和周围感应出磁通量，该磁通量穿过次级线圈的匝数并在其中形成次级电流。

因为它非常适合创作 变压器设计 是不可能的，那么一些磁通量会消散到环境中并造成损失。这些称为漏磁通，会影响漏电抗的大小。

每个线圈的电阻的有源分量被添加到这些中。得到的总值称为变压器的电阻抗或其 复合电阻 Z，在所有绕组上产生压降。

对于变压器内部连接的数学表达式，绕组（通常由铜制成）的有源电阻用索引“R1”和“R2”表示，电感用“X1”和“X2”表示。

每个线圈的阻抗为：

• Z1 = R1 + jX1;

• Z2 = R1 + jX2。

在这个表达式中，下标 «j» 表示位于复平面垂直轴上的虚数单位。

就电感电阻和无功功率分量的出现而言，最关键的状态是在变压器并联运行时产生的。

电容电阻

在结构上，它包括两个或多个导电板，由一层具有介电特性的材料隔开。由于这种分离，直流电不能通过电容器，但交流电可以，但会偏离其原始值。

它的变化是用电抗-容性电阻的作用原理来解释的。

在施加的交流电压的作用下，以正弦曲线形式变化，在板上发生跳跃，具有相反符号的电能电荷积累。它们的总数受设备大小的限制，并以容量为特征。越大，充电时间越长。

在接下来的半个振荡周期中，电容器极板上的电压极性反转。在它的影响下，电势发生变化，板上形成的电荷重新充电。以这种方式，初级电流的流动被创造出来，并且当它的幅度减小并沿着角度移动时，产生对其通过的阻力。

电工对此有一个笑话。直流电在图中用一条直线表示，当它通过导线时，电荷到达电容器极板，停留在电介质上，进入死胡同。这个障碍阻止他通过。

正弦谐波穿过障碍物和电荷，在涂漆板上自由滚动，损失了一小部分在板上捕获的能量。

这个笑话有一个隐藏的意思：当一个恒定的或整流的脉动电压施加到极板之间的极板时，由于它们的电荷积累，会产生严格恒定的电位差，从而消除电源中的所有跳跃电路。电容增加的电容器的这种特性被用于恒压稳定器中。

一般来说，电容电阻 Xc，或交流电通过它的阻力，取决于电容器的设计，它决定了电容 «C»，并由以下公式表示：

Xc = 1/2πfC = 1 / ω° C

由于极板充电，流过电容器的电流使电压升高 90 度。

电源线的反应性

每条电源线都旨在传输电能。通常将其表示为每单位长度（通常为一公里）具有有功 r、无功（电感）x 电阻和电导 g 的分布参数的等效电路部分。

如果我们忽略电容和电导的影响，那么我们可以使用具有并联参数的线路的简化等效电路。

架空电源线

通过裸露的裸线传输电力需要它们与地面之间有很大的距离。

在这种情况下，一公里三相导线的感应电阻可以用表达式X0来表示。依靠：

• 线轴之间的平均距离 asr；

• 相线外径d；

• 材料的相对磁导率 µ；

• X0'线路外感性电阻；

• 线路内部感性电阻X0«。

供参考：由有色金属制成的架空线1公里的感应电阻约为0.33÷0.42欧姆/公里。

电缆传输线

使用高压电缆的电力线在结构上与架空线不同。它的导线相间距离明显减小，由内部绝缘层的厚度决定。

这样的三线电缆可以表示为一个电容器，其三层电线外皮延伸很长的距离。随着其长度的增加，电容增加，电容电阻减小，沿电缆闭合的电容电流增加。

在电容电流的影响下，单相接地故障最常发生在电缆线路中。为了在 6 ÷ 35 kV 网络中进行补偿，使用了消弧电抗器 (DGR)，它们通过网络的接地中性线连接。它们的参数是通过复杂的理论计算方法选择的。

由于调谐质量差和设计缺陷，旧的 GDR 并不总是有效工作。它们专为平均额定故障电流而设计，通常与实际值不同。

如今，引入了新的 GDR 发展，能够自动监测紧急情况，快速测量其主要参数并调整以可靠地切断接地故障电流，精度为 2%。得益于此，GDR 操作的效率立即提高了 50%。

电容器组补偿电能无功分量的原理

电网远距离传输高压电。它的用户大多是带有感性电阻和阻性元件的电动机。发送给消费者的总功率包括用于做有用功的有功分量 P 和导致变压器和电动机绕组发热的无功分量 Q。

感抗产生的无功分量Q降低电能质量。为消除其有害影响，上世纪八十年代，苏联电力系统采用电容电阻连接电容器组的补偿方案，减少了 角度的余弦 φ。

它们安装在直接为问题消费者供电的变电站。这确保了电能质量的本地调节。

这样，可以在传输相同有功功率的同时，通过减少无功分量来显着降低设备的负载。这种方法被认为是最有效的节能方法，不仅适用于工业企业，而且适用于住宅和公共服务。它的有效使用可以显着提高电力系统的可靠性。