Mengapa daya reaktif mempengaruhi tegangan?

Mengapa daya reaktif memengaruhi tegangan? Misalkan Anda memiliki sistem daya (lemah) dengan beban reaktif yang besar. Jika tiba-tiba Anda melepaskan beban, Anda akan mengalami puncak tegangan.

Adakah penjelasan yang bagus mengapa ini terjadi?

Bagi mereka yang tertarik mengapa tingkat tegangan dan daya reaktif terkait erat dari sumber yang dapat diandalkan, berikut ini makalah asli yang menjelaskan algoritme Aliran Beban Cepat yang Dibatalkan (Anda memerlukan akses ke IEEE):

"Stott dan O. Alsac," Aliran beban yang dipisahkan secara cepat "IEEE Trans. Pada PAS, vol. 93, no. 3, hlm. 859-869, Mei / Juni 1974"

Lihat juga halaman 79 dalam buku teks ini oleh Wood / Wollenberg di books.google .

Kutipan dari Roger C Dugan, penulis buku ini tentang Sistem Tenaga Listrik:

Daya reaktif (vars) diperlukan untuk mempertahankan tegangan untuk menghantarkan daya aktif (watt) melalui saluran transmisi. Beban motor dan beban lainnya memerlukan daya reaktif untuk mengubah aliran elektron menjadi pekerjaan yang bermanfaat. Ketika tidak ada daya reaktif yang cukup, tegangan melorot ke bawah dan tidak mungkin untuk mendorong daya yang diminta oleh beban melalui saluran.

_{Saya percaya riwayat edit mungkin menarik bagi siapa saja yang bertanya-tanya tentang apa hasil edit dan semua komentar.}

Mengapa daya reaktif memengaruhi tegangan? Misalkan Anda memiliki sistem daya (lemah) dengan beban reaktif yang besar. Jika tiba-tiba Anda melepaskan beban, Anda akan mengalami puncak tegangan.

Pertama, kita perlu mendefinisikan apa yang sebenarnya ditanyakan. Sekarang setelah Anda menyatakan bahwa ini menyangkut sistem daya skala utilitas, bukan output dari opamp atau sesuatu, kami tahu apa artinya "daya reaktif". Ini adalah jalan pintas yang digunakan dalam industri tenaga listrik. Idealnya beban pada sistem akan resistif, tetapi pada kenyataannya sebagian bersifat induktif. Mereka memisahkan beban ini menjadi komponen induktif resistif murni dan murni dan merujuk pada apa yang dikirim ke perlawanan sebagai "kekuatan nyata" dan apa yang dikirim ke induktansi sebagai "kekuatan reaktif".

Ini menimbulkan beberapa hal menarik, seperti kapasitor yang melintasi saluran transmisi adalah pembangkit listrik reatif. Ya, itu terdengar lucu, tetapi jika Anda mengikuti definisi daya reaktif di atas, ini semua konsisten dan tidak ada fisika yang dilanggar. Bahkan, kapasitor terkadang digunakan untuk "menghasilkan" daya reaktif.

Arus aktual yang keluar dari generator tertinggal tegangan oleh sudut fase kecil. Alih-alih menganggap ini sebagai sudut magnitudo dan fase, ia dianggap sebagai dua komponen terpisah dengan magnitudo terpisah, satu pada fase 0 dan yang lainnya tertinggal pada fase 90 °. Yang pertama adalah arus yang menyebabkan kekuatan nyata dan kekuatan reaktif yang terakhir. Dua cara menggambarkan arus keseluruhan sehubungan dengan tegangan secara matematis setara (masing-masing dapat secara jelas diubah ke yang lain).

Jadi pertanyaannya adalah mengapa arus generator yang tertinggal tegangan 90 ° menyebabkan tegangan turun? Saya pikir ada dua jawaban untuk ini.

Pertama, setiap arus, apa pun fasanya, masih menyebabkan penurunan tegangan pada resistansi yang tak terhindarkan dalam sistem. Arus ini melintasi 0 pada puncak tegangan, jadi Anda mungkin mengatakan itu seharusnya tidak mempengaruhi puncak tegangan. Namun, arus negatif tepat sebelum puncak tegangan. Ini sebenarnya dapat menyebabkan sedikit lebih tinggi tegangan jelas (setelah jatuh pada resistansi seri) puncak tegangan segera sebelum puncak tegangan rangkaian terbuka. Dengan kata lain, karena resistansi sumber non-nol, tegangan output yang jelas memiliki puncak yang berbeda di tempat yang berbeda dari tegangan sirkuit terbuka.

Saya pikir jawaban sebenarnya berkaitan dengan asumsi yang tidak disebutkan yang dibangun ke dalam pertanyaan, yang merupakan sistem kontrol di sekitar generator. Apa yang Anda benar-benar melihat reaksi dengan menghapus beban reaktif bukan dari generator telanjang, tetapi bahwa generator dengan sistem kontrolnya mengkompensasi perubahan beban. Sekali lagi, resistensi yang tak terhindarkan dalam sistem dikali arus reaktif menyebabkan kerugian nyata. Perhatikan bahwa beberapa "resistensi" itu mungkin bukan hambatan listrik langsung, tetapi masalah mekanis diproyeksikan ke sistem listrik. Kehilangan sebenarnya akan menambah beban nyata pada generator, jadi menghapus beban reaktif masih meringankan beberapa beban nyata.

Mekanisme ini semakin substansial semakin luas "sistem" adalah yang menghasilkan daya reaktif. Jika sistem mencakup saluran transmisi, maka arus reaktif masih menyebabkan sesungguhnya aku ² kerugian R di saluran transmisi, yang menyebabkan beban nyata pada generator.

Pertimbangkan impedansi sumber dari sistem daya lemah memiliki komponen resistif dan reaktif (yaitu sumber tegangan "ideal" secara seri dengan kombinasi RL). Sama seperti beban resistif akan membentuk "pembagi tegangan" dengan sumbernya, beban reaktif akan melakukan hal yang sama. Dengan menerapkan aturan divder tegangan standar untuk impedansi kompleks, alasan untuk hasil yang diamati (penurunan tegangan lebih besar dengan beban induktif daripada dengan murni resistif) menjadi jelas.

Dengan kata lain, ada dua cara untuk mendapatkan lebih banyak arus keluar dari impedansi sumber reaktif - satu adalah untuk meningkatkan penurunan tegangan, yang kedua adalah untuk meningkatkan pergeseran fasa melintasi komponen induktif. Menambahkan beban reaktif dengan "tanda" yang sama dari impedansi kompleks mengurangi pergeseran fasa (karena arus AC yang dihasilkan dalam sistem menghasilkan tegangan pada beban lebih banyak di-fase dengan komponen "ideal" dari sumber), jadi penurunan tegangan melintasi impedansi sumber harus meningkat untuk menghasilkan arus beban yang sama.

Interpretasi lain yang saya buat dari pertanyaan terkait dengan transien, ketika arus besar yang lewat melalui induktor (semua kabel memiliki sifat induktif) terganggu, medan magnet yang runtuh menginduksi kenaikan tegangan pada induktor sebanding dengan di / dt. Hal ini menciptakan puncak transien pada beban untuk sebagian kecil dari siklus, namun jika ada kapasitansi yang signifikan dalam sistem, dapat terjadi dering (osilasi) yang menyebar transien selama beberapa siklus. Transien ini menjadikan peralihan beban induktif yang berat menjadi tantangan desain.

"Jika Anda tiba-tiba memutuskan beban, Anda akan mengalami puncak tegangan." Saya sarankan Anda mencari efek Ferranti . Ketika Anda menghapus beban, Anda pada dasarnya membuat garis yang sedikit dimuat.