Wie bewirken Blindströme eine Leistungsübertragung?

Die in den Drähten dissipierte Leistung ist keine Blindleistung, da der Spannungsabfall in den Drähten mit dem Strom durch sie in Phase ist. Das ist echte Macht.

Wenn die Last rein reaktiv ist (eine reine Induktivität oder eine reine Kapazität), ist die Spannung über der Last um 90 ° phasenverschoben zum Strom, sodass dort keine Wirkleistung abgeführt wird.

Daher hat die vom Generator gesehene Last sowohl eine Wirkkomponente als auch eine Blindkomponente, da die Stromentnahme, die sie erfährt, eine Phasenbeziehung hat, die irgendwo zwischen 0° und 90° liegt.

Anders ausgedrückt: Die Spannung am Verbraucher ist aufgrund des Leitungswiderstands nicht phasengleich mit der Spannung am Generator. Hier ist ein Diagramm, um den Punkt zu veranschaulichen:

Der Generator, die Last und die Drähte sind alle in Reihe geschaltet, daher gibt es nur einen Stromwert, der an allen Punkten im Stromkreis gilt. KVL sagt uns, dass sich die Spannungen zu Null summieren müssen; Anders ausgedrückt: Die Generatorspannung muss der Summe aus Lastspannung und Leiterspannung entsprechen.

Wenn die Last eine reine Reaktanz ist, ist die Spannung darüber um 90° phasenverschoben zum Strom. Wenn der Draht jedoch ein reiner Widerstand ist, muss die Spannung darüber mit dem Strom in Phase sein. Daher müssen wir diese beiden Werte als komplexe Zahlen addieren, was bedeutet, dass die Größe der Generatorspannung gleich der Länge der durch die beiden Spannungen gebildeten Hypotenuse oder der Quadratwurzel der Summe ihrer Quadrate sein muss.

Wie Sie dem Diagramm entnehmen können, bedeutet dies, dass der Strom NICHT um 90° phasenverschoben zur Generatorspannung ist – und die gleichphasige Komponente die im Draht verbrauchte Leistung darstellt.

Jeder an eine Last gelieferte Strom verursacht Leistungsverluste in den Kabeln zwischen Versorgung und Last, und eine Last mit schlechtem Leistungsfaktor benötigt mehr Strom für eine gegebene Wattzahl in der Last, daher gibt es größere Leistungsverluste in der Kabelinfrastruktur. Dies sind Kosten, die der Lieferant tragen muss.

Es könnte hilfreich sein zu untersuchen, was I^2*R-Heizung ist.

Aus dem Ohmschen Gesetz folgt V = I * R, also
P = V * I
P = (I * R) * I.

Beachten Sie, dass I per Definition mit sich selbst in Phase ist. Ob I also reaktiv ist oder nicht, ist bei der Berücksichtigung von I ^ 2 * R-Verlusten in Kabeln und Transformatoren irrelevant. Unabhängig von der Phase von I ist I^2*R echte Leistung.

Dies steht im Gegensatz zu der in der Last verbrauchten Nutzleistung, die V (Versorgung) * I ist, und es gibt keine inhärente Beziehung in der Phase zwischen ihnen, daher spielt nur die reale Komponente von I eine Rolle.

Da der Stromleitungsdraht den Widerstand hat, verursacht der Blindstrom I, der auf der Stromleitung hin und her fließt, Wärme auf der Stromleitung I ^ 2 * R.

Rein reaktive Impedanzen verbrauchen keine Wirkleistung. Kurze Drähte, die in der Haus- oder Geräteverkabelung typisch sind, haben eine große nicht reaktive Komponente der Impedanz und leiten sich gut ab. Das ist alles, was dazu gehört.

Die Verwirrung rührt von der Tatsache her, dass die Spannung über der reaktiven Last nicht die Spannung über dem Widerstandsdraht ist und dass es die Eigenschaften des Schaltungselements sind, die die Verlustleistung bestimmen . Und Drähte sind Schaltungselemente wie alles andere auch.

Die am reinen Widerstand entwickelte Spannung ist proportional zum Strom. Die Spannung ist in Phase mit dem Strom. Es gibt keine andere "Spannung", die "phasenverschoben" wäre. Das existiert nur über der Last, über dem Generator und über dem reaktiven Teil der Impedanz der Leitung/Übertragungsleitung. Stromübertragungsleitungen sind eher induktiv als resistiv, aber das gilt nicht für um Größenordnungen kürzere Verdrahtungen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

In der obigen Schaltung ist der Strom durch alle Elemente identisch, da sie alle Teil einer einzigen Stromschleife sind:

Die an den Widerständen entwickelte Spannung ist mit dem Strom in Phase. Die Spannung am Induktor ist gegenüber dem Strom phasenverschoben.

Beachten Sie, wie sich die Phase der Spannung zwischen Quelle und Last unterscheidet . Das muss der Fall sein, da die Phase der an den Drähten abfallenden Spannung anders ist als die Phase der an der Quelle entwickelten Spannung

Die durchschnittliche Wirkleistung, die über die Widerstände entwickelt wird, ist nicht Null - es ist ein quadratischer Sinus mit einem Mittelwert ungleich Null. Die über die Spule entwickelte Wirkleistung beträgt im Durchschnitt Null - es ist ein Sinus mit Mittelwert Null.