無効電力が電圧に影響するのはなぜですか？

無効電力が電圧に影響するのはなぜですか？大きな無効負荷のある（弱い）電源システムがあるとします。突然負荷を切断すると、電圧のピークが発生します。

これが起こる理由についての良い説明はありますか？

信頼性の高いソースから電圧レベルと無効電力が密接に関係している理由に興味がある人のために、以下にFast Decoupled Load Flowアルゴリズムを説明する元の論文を示します（IEEEへのアクセスが必要です）。

「Stott and O. Alsac、「高速分離負荷フロー」IEEE Trans。on PAS、vol。93、no。3、pp。859-869、5月/ 6月1974 "

books.googleの Wood / Wollenbergによるこの教科書の79ページも参照してください。

この電力系統に関する教科書の著者であるロジャーCデューガンからの引用：

送電線を介して有効電力（ワット）を供給するために、電圧を維持するには無効電力（vars）が必要です。モーター負荷およびその他の負荷には、電子の流れを有効な仕事に変換するための無効電力が必要です。十分な無効電力がない場合、電圧が低下し、負荷に必要な電力をラインを介してプッシュすることはできません。

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無効電力が電圧に影響するのはなぜですか？大きな無効負荷のある（弱い）電源システムがあるとします。突然負荷を切断すると、電圧のピークが発生します。

まず、何が正確に求められているのかを定義する必要があります。これは、オペアンプなどの出力ではなく、ユーティリティスケールの電力システムに関するものであると述べたので、「無効電力」の意味を理解しています。これは、電力業界で使用されるショートカットです。システムの負荷は抵抗性であることが理想的ですが、実際には部分的に誘導的です。この負荷を純粋な抵抗成分と純粋な誘導成分に分離し、抵抗に供給されるものを「実電力」と呼び、インダクタンスに供給されるものを「無効電力」と呼びます。

これにより、伝送ラインを横切るコンデンサーが再生可能な発電機であるなど、興味深いことが起こります。はい、それは面白そうに聞こえますが、上記の無効電力の定義に従えば、これはすべて一貫しており、物理学に違反することはありません。実際、コンデンサは時々無効電力を「生成」するために使用されます。

発電機から出る実際の電流は、小さな位相角だけ電圧より遅れています。これをマグニチュードと位相角と考える代わりに、1つの位相が0でもう1つが90°の位相で遅れる、2つの異なるマグニチュードを持つ別々のコンポーネントと考えられます。前者は有効電力を引き起こす電流であり、後者は無効電力です。電圧に対する電流全体を表す2つの方法は数学的に同等です（それぞれを明確に変換できます）。

では、なぜ電圧が90°遅れている発電機電流が電圧を低下させるのかという疑問が生じます。これには2つの答えがあると思います。

第1に、位相に関係なく、電流はシステム内の不可避の抵抗で電圧降下を引き起こします。この電流は電圧のピークで0を横切るため、電圧ピークに影響を与えるべきではないと言うかもしれません。ただし、電流は電圧ピークの直前で負です。これにより、実際には、開放電圧ピークの直前に（直列抵抗の電圧降下後）わずかに高い見かけの電圧ピークが発生する可能性があります。別の言い方をすれば、ソース抵抗がゼロでないため、見かけ上の出力電圧は、開回路電圧とは異なる場所で異なるピークを持ちます。

本当の答えは、質問に組み込まれた無言の仮定に関係していると思います。それは発電機の周りの制御システムです。無効負荷を取り除くことで実際に反応を見ているのは、裸の発電機ではなく、負荷の変化を補償する制御システムを備えた発電機です。繰り返しますが、システム内の避けられない抵抗と無効電流の積が実際の損失を引き起こします。その「抵抗」の一部は直接的な電気抵抗ではなく、電気システムに発生する機械的な問題であることに注意してください。これらの実際の損失は発電機の実際の負荷に追加されるため、無効負荷を除去しても実際の負荷はいくらか軽減されます。

このメカニズムは、無効電力を生成する「システム」が広くなるほど重要になります。システムに送電線が含まれている場合、無効電流により送電線で実際のI ² R損失が発生し、発電機に実際の負荷が生じます。

弱電力システムのソースインピーダンスには、抵抗成分と無効成分の両方があることを考慮してください（つまり、RLの組み合わせと直列の「理想的な」電圧源）。抵抗性負荷がソースと「分圧器」を形成するように、無効負荷も同じことを行います。標準的な電圧分圧器のルールを複素インピーダンスに適用することにより、観察された結果の理由（純粋な抵抗よりも誘導性負荷の方が大きな電圧降下）が明らかになります。

別の言い方をすれば、リアクティブソースインピーダンスからより多くの電流を取り出すには2つの方法があります。1つは電圧降下を大きくする方法、もう1つは誘導性コンポーネントの位相シフトを大きくする方法です。複素インピーダンスの同じ「符号」を持つ無効負荷を追加すると、その位相シフトが減少します（システムで生じるAC電流は、ソースの「理想的な」コンポーネントの電圧とより同相の負荷で電圧を生成するため）同じ負荷電流を供給するには、ソースインピーダンスの電圧降下を大きくする必要があります。

私が質問するもう1つの解釈は、インダクタに流れる大電流（すべての配線が誘導特性を持っている）が中断されるとき、崩壊磁場がdi / dtに比例してインダクタの電圧上昇を誘発する過渡現象に関連しています。これにより、負荷の一部のサイクルで過渡的なピークが発生しますが、システムに大きな静電容量がある場合、リンギング（発振）が発生し、数サイクルにわたって過渡が広がります。これらの過渡現象により、重い誘導負荷のスイッチングが設計上の課題になります。

「負荷を突然切断すると、電圧のピークが発生します。」調べることをお勧めしますフェランティ効果。負荷を削除すると、基本的に負荷の軽いラインが作成されます。