Co powoduje spadek napięcia przy zwiększeniu obciążenia maszyn elektrycznych takich jak transformatory i silniki?
Gdy obciążenie maszyn takich jak transformatory i silniki zwiększa się, spadek napięcia (voltage drop) jest zwykle spowodowany kilkoma przyczynami:
Opor liniowy
Przyczyna
Zwiększenie prądu: Gdy obciążenie zwiększa się, prąd płynący przez linię zasilającą również zwiększa się.
Prawo Ohma: Zgodnie z prawem Ohma (V=IR), zwiększenie prądu prowadzi do zwiększenia spadku napięcia. tutaj
V to spadek napięcia,
I to prąd,
R to opór przewodu
Wyjaśnienie
Ponieważ w linii zasilającej istnieje pewien opór, gdy prąd przepływa przez przewód, powstaje spadek napięcia. Ten spadek napięcia jest proporcjonalny do prądu i oporu przewodu.
W przypadku zwiększonego obciążenia, prąd zwiększa się, co prowadzi do zwiększenia spadku napięcia, co zmniejsza napięcie na końcu obciążenia.
Wewnętrzny opór transformatora
Przyczyna
Wewnętrzny opór transformatora: sam transformator ma pewien wewnętrzny opór (w tym opór zwinięcia i indukcyjność rozproszeniową), gdy obciążenie zwiększa się, prąd płynący przez transformator zwiększa się, co prowadzi do zwiększenia spadku napięcia na obu końcach transformatora.
Wyjaśnienie
Wewnętrzny opór transformatora powoduje spadek napięcia, szczególnie w przypadku dużych obciążeń, ten spadek napięcia będzie bardziej widoczny. Gdy obciążenie zwiększa się, transformator musi przekazać większy prąd, a wewnętrzny opór transformatora powoduje spadek napięcia, co zmniejsza napięcie na końcu obciążenia.
Uruchamianie silnika
Przyczyna
Prąd uruchomieniowy: Silnik zużywa dużą ilość prądu w momencie uruchomienia, który nazywany jest prądem uruchomieniowym.
Prąd uruchomieniowy powoduje spadek napięcia: Prąd uruchomieniowy jest znacznie większy niż prąd, gdy silnik działa normalnie, więc spadek napięcia jest bardziej znaczący w momencie uruchomienia.
Wyjaśnienie
Gdy silnik jest uruchamiany, ponieważ moment obrotowy musi pokonać siłę tarcia statycznego, potrzebny jest duży prąd uruchomieniowy.
Ten większy prąd uruchomieniowy tworzy większy spadek napięcia w liniach zasilających i transformatorach, co powoduje spadek napięcia.
Stabilność systemu
Przyczyna
Niewystarczająca pojemność systemu: Jeśli całkowita pojemność systemu jest niewystarczająca do obsługi nagłego wzrostu obciążenia, napięcie spadnie.
Niewystarczająca zdolność regulacji: Jeśli system nie ma wystarczającej zdolności regulacji do utrzymania stabilności napięcia, napięcie spadnie, gdy obciążenie zwiększy się.
Wyjaśnienie
W systemie sieciowym, jeśli całkowita pojemność nie jest wystarczająca do obsługi jednoczesnej pracy wszystkich obciążeń, system nie będzie mógł dostarczyć wystarczającego napięcia, gdy obciążenie zwiększy się.
Dodatkowo, jeśli zdolność regulacji systemu jest niewystarczająca, na przykład brak wystarczających urządzeń kompensacji mocy reaktywnej, zdolność regulacji napięcia jest ograniczona, a napięcie spada, gdy obciążenie zwiększa się.
Moc reaktywna
Przyczyna
Zwiększenie popytu na moc reaktywną: Gdy obciążenie zwiększa się, zwłaszcza obciążenie silników indukcyjnych, popyt na moc reaktywną również rośnie.
Moc reaktywna powoduje spadek napięcia: Moc reaktywna również powoduje spadek napięcia podczas transmisji.
Wyjaśnienie
Urządzenia takie jak silniki indukcyjne wymagają mocy reaktywnej do ustanawiania pól magnetycznych podczas działania, co prowadzi do zwiększenia popytu na moc reaktywną w systemie.
Moc reaktywna również powoduje spadek napięcia podczas transmisji, zwłaszcza w przypadku niewystarczającej kompensacji mocy reaktywnej w sieci, spadek napięcia będzie bardziej widoczny.
Projekt systemu
Przyczyna
Nierozsądny projekt: Jeśli system nie został zaprojektowany z pełnym uwzględnieniem wzrostu obciążenia, może to prowadzić do spadku napięcia.
Nieprawidłowy wybór sprzętu: Jeśli wybrane urządzenia (np. transformatory, przewody itp.) mają niewystarczającą pojemność, napięcie spadnie, gdy obciążenie zwiększy się.
Wyjaśnienie
Podczas projektowania systemów elektrycznych należy uwzględnić maksymalne warunki obciążenia, które mogą wystąpić, i zapewnić, aby system miał wystarczającą pojemność i margines do radzenia sobie ze wzrostem obciążenia.
Jeśli sprzęt nie jest prawidłowo wybrany, np. przekrój przewodu jest za mały lub pojemność transformatora jest niewystarczająca, spadek napięcia nastąpi, gdy obciążenie zwiększy się.
Podsumowanie
Gdy obciążenie maszyn takich jak transformatory i silniki zwiększa się, spadek napięcia jest głównie wynikiem kombinacji czynników takich jak opór liniowy, wewnętrzny opór transformatora, prąd uruchomieniowy silnika, niewystarczająca pojemność systemu, zwiększenie popytu na moc reaktywną i nierozsądny projekt systemu. Aby zmniejszyć wpływ spadku napięcia, możemy podjąć środki takie jak zwiększenie przekroju przewodnika, wybór transformatora o odpowiedniej pojemności, racjonalny projekt systemu i wzmocnienie kompensacji mocy reaktywnej.
