Pourquoi la puissance réactive affecte-t-elle la tension?

Pourquoi la puissance réactive influence-t-elle la tension? Supposons que vous ayez un système d'alimentation (faible) avec une grande charge réactive. Si vous déconnectez soudainement la charge, vous ressentirez un pic de tension.

Y a-t-il une bonne explication pourquoi cela se produit?

Pour ceux qui souhaitent savoir pourquoi le niveau de tension et la puissance réactive sont étroitement liés à partir d'une source fiable, voici l'article original décrivant l'algorithme de flux de charge découplé rapide (vous devez avoir accès à IEEE):

"Stott et O. Alsac," Débit de charge découplé rapide "IEEE Trans. On PAS, vol. 93, no. 3, pp. 859-869, mai / juin 1974"

Voir également la page 79 de ce manuel de Wood / Wollenberg sur books.google .

Une citation de Roger C Dugan, l'auteur de ce manuel sur les systèmes d'alimentation électrique:

La puissance réactive (vars) est nécessaire pour maintenir la tension afin de fournir la puissance active (watts) à travers les lignes de transmission. Les charges motrices et autres charges nécessitent une puissance réactive pour convertir le flux d'électrons en un travail utile. Lorsqu'il n'y a pas assez de puissance réactive, la tension baisse et il n'est pas possible de pousser la puissance demandée par les charges à travers les lignes.

_{Je pense que l'historique des modifications pourrait être intéressant pour quiconque se demanderait en quoi consiste la modification et tous les commentaires.}

Pourquoi la puissance réactive influence-t-elle la tension? Supposons que vous ayez un système d'alimentation (faible) avec une grande charge réactive. Si vous déconnectez soudainement la charge, vous ressentirez un pic de tension.

Tout d'abord, nous devons définir exactement ce qui est demandé. Maintenant que vous avez déclaré qu'il s'agit d'un système d'alimentation à l'échelle de l'utilité, et non de la sortie d'un ampli-tuner ou quelque chose du genre, nous savons ce que signifie «puissance réactive». Il s'agit d'un raccourci utilisé dans l'industrie de l'énergie électrique. Idéalement, la charge sur le système serait résistive, mais en réalité, elle est partiellement inductive. Ils séparent cette charge en composants résistifs purs et inductifs purs et se réfèrent à ce qui est délivré à la résistance en tant que «puissance réelle» et à ce qui est délivré à l'inductance en tant que «puissance réactive».

Cela donne lieu à des choses intéressantes, comme le fait qu'un condensateur traversant une ligne de transmission est un générateur d'énergie réactive. Oui, cela semble drôle, mais si vous suivez la définition de la puissance réactive ci-dessus, tout est cohérent et aucune physique n'est violée. En fait, les condensateurs sont parfois utilisés pour «générer» de la puissance réactive.

Le courant réel sortant d'un générateur retarde la tension d'un petit angle de phase. Au lieu de penser à cela comme une magnitude et un angle de phase, il est considéré comme deux composants séparés avec des magnitudes distinctes, l'un en phase 0 et l'autre en retard à 90 °. Le premier est le courant qui génère la puissance réelle et le second la puissance réactive. Les deux façons de décrire le courant global par rapport à la tension sont mathématiquement équivalentes (chacune peut être convertie sans ambiguïté en l'autre).

La question se résume donc à la raison pour laquelle le courant du générateur qui retarde la tension de 90 ° fait baisser la tension? Je pense qu'il y a deux réponses à cela.

Tout d'abord, tout courant, quelle que soit la phase, provoque toujours une chute de tension à travers la résistance inévitable du système. Ce courant traverse 0 à la crête de la tension, vous pourriez donc dire qu'il ne devrait pas affecter la crête de tension. Cependant, le courant est négatif juste avant le pic de tension. Cela peut en fait provoquer un pic de tension apparent (après la chute de tension sur la résistance série) un peu plus élevé immédiatement avant le pic de tension en circuit ouvert. Autrement dit, en raison d'une résistance de source non nulle, la tension de sortie apparente a un pic différent à un endroit différent de celui de la tension en circuit ouvert.

Je pense que la vraie réponse a à voir avec des hypothèses non énoncées intégrées à la question, qui est un système de contrôle autour du générateur. Ce à quoi vous voyez vraiment la réaction en supprimant la charge réactive n'est pas celle du générateur nu, mais celle du générateur avec son système de contrôle compensant le changement de charge. Là encore, la résistance inévitable du système multipliée par le courant réactif provoque de réelles pertes. Notez qu'une partie de cette "résistance" peut ne pas être une résistance électrique directe, mais des problèmes mécaniques projetés sur le système électrique. Ces pertes réelles vont ajouter à la charge réelle sur le générateur, donc la suppression de la charge réactive soulage toujours une certaine charge réelle.

Ce mécanisme devient d'autant plus important que le "système" est large et qu'il produit la puissance réactive. Si le système comprend une ligne de transmission, le courant réactif provoque toujours des pertes I ² R réelles dans la ligne de transmission, ce qui provoque une charge réelle sur le générateur.

Considérons que l'impédance de source du système d'alimentation faible a à la fois une composante résistive et réactive (c'est-à-dire une source de tension "idéale" en série avec une combinaison RL). Tout comme une charge résistive formera un "diviseur de tension" avec la source, une charge réactive fera de même. En appliquant les règles standard du diviseur de tension à des impédances complexes, la raison du résultat observé (plus grande chute de tension avec des charges inductives qu'avec des charges purement résistives) devient claire.

En d'autres termes, il existe deux façons de tirer plus de courant d'une impédance de source réactive - l'une consiste à augmenter la chute de tension, la seconde consiste à augmenter le déphasage à travers la composante inductive. L'ajout d'une charge réactive avec le même "signe" d'impédance complexe réduit ce déphasage (car le courant alternatif résultant dans le système produit une tension à la charge plus en phase avec celle du composant "idéal" de la source), donc la chute de tension aux bornes de l'impédance de la source doit augmenter pour fournir le même courant de charge.

L'autre interprétation que je fais de la question concerne les transitoires, lorsqu'un grand courant traversant une inductance (tout le câblage a une propriété inductive) est interrompu, le champ magnétique s'effondrant induit une augmentation de tension dans l'inductance proportionnelle à di / dt. Cela crée un pic transitoire à la charge pendant une fraction de cycle, mais s'il y a une capacité significative dans le système, une sonnerie (oscillation) peut se produire qui répartit le transitoire sur quelques cycles. Ces transitoires font de la commutation de charges inductives lourdes un défi de conception.

"Si vous déconnectez soudainement la charge, vous ressentirez un pic de tension." Je vous suggère de rechercher l' effet Ferranti . Lorsque vous supprimez la charge, vous créez essentiellement une ligne légèrement chargée.