Nasıl ispat edersiniz ki, mekanik işi yapan güç aktif güç olduğunu ve reaktif gücün olmadığını?

Nasıl İstinad Edilir ki, Aktif Güç Mekanik İşi Üreten Güç Olan, Reaktif Güç Değildir

Aktif güç (Active Power, P) reaktif güce (Reactive Power, Q) göre mekanik işi üreten güç olduğunu ispatlamak için, güç sistemlerinin fiziksel ilkelerini ve enerji dönüşümünün doğasını inceleyebiliriz. Aşağıda detaylı bir açıklama bulunmaktadır:

1. Aktif Güç ve Reaktif Güç Tanımları

Aktif Güç P: Aktif güç, AC devresinde kullanılan gerçek elektrik gücüdür ve faydalı işe dönüştürülür. Dirençli elemanlarla ilişkilidir ve elektrik enerjisini ısı veya mekanik enerji gibi diğer enerji formlarına dönüştürmesini temsil eder. Aktif gücün birimi vattır (W).

Reaktif Güç Q: Reaktif güç, endüktif veya kapasitif elemanların varlığı nedeniyle kaynak ve yük arasında salınan elektrik gücünün bir parçasıdır. Doğrudan faydalı iş yapmaz, ancak sistemin verimliliğini etkileyen gerilim ve akım dağılımını etkiler. Reaktif gücün birimi volt-amper reaktiftir (VAR).

2. Güç Faktörü ve Faz Farkı

AC devresinde, akım ve gerilim arasındaki faz farkı aktif gücü reaktif güce oranını belirler. Güç faktörü cos(ϕ), bu faz farkının ölçüsüdür, burada ϕ akım ve gerilim arasındaki faz açısıdır.

ϕ=0 olduğunda, akım ve gerilim fazda olur ve sadece aktif güç vardır, reaktif güç yoktur. Bu, tamamen dirençli yüklerde yaygındır.

ϕ=0 olduğunda, akım ve gerilim fazda değildir, hem aktif hem de reaktif güç ortaya çıkar. Endüktif yüklerde (örneğin motorlar), akım gerilimin arkasında kalır; kapasitif yüklerde, akım gerilimin önüne geçer.

3. Enerji Dönüşümü Perspektifi

Aktif Güçün Fiziksel Anlamı:

Aktif güç, dirençli elemanlar aracılığıyla elektrik enerjisini mekanik enerji veya ısıya dönüştüren gücdür. Örneğin, bir motorda, aktif güç yük direncini aşarak rotoru döndürerek mekanik iş üretir.

Aktif gücün büyüklüğü, sistemin gerçek enerji tüketimini belirler ve bu nedenle faydalı işi gerçekleştiren doğrudan ilgili gücdür.

Reaktif Güçün Fiziksel Anlamı:

Reaktif güç, doğrudan faydalı iş yapmaz, ancak endüktif veya kapasitif elemanlardaki manyetik veya elektrik alanlarında enerji depolamasıyla ilişkilidir. Kaynak ve yük arasında salınırlar, net mekanik iş üretmez.

Reaktif gücün ana görevi, devredeki gerilim seviyelerini korumak ve manyetik veya elektrik alanların kurulmasını ve bakımını desteklemektir. Doğrudan iş yapmasa da, sistemin istikrarlı çalışması için gerekli olan bir güçtür.

4. Elektrikli Motor Örneği

Bir elektrikli motor örneği kullanarak, aktif güç ile reaktif güç arasındaki ayrım daha açık hale gelir:

Aktif Güç: Motordaki aktif güç, yük direncini aşarak rotora döndürerek mekanik iş üretmek için kullanılır. Bu güçün bir kısmı sonunda pompalar veya fanlara güç sağlayan mekanik enerjiye dönüşür.

Reaktif Güç: Motordaki reaktif güç, rotor ve stator arasındaki manyetik alanı kurmak ve sürdürmek için kullanılır. Bu manyetik alan, motorun çalışması için kritik öneme sahiptir, ancak doğrudan mekanik iş üretmez. Reaktif güç, güç kaynağı ve motor arasında salınırlar, faydalı mekanik enerjiye dönüşmez.

5. Enerjinin Korunumu Kanunu

Enerjinin korunumu kanuna göre, bir sisteme giren elektrik enerjisi, çıkış enerjisi (mekanik ve termal enerji dahil) ve herhangi bir kayıp (örneğin, direnç kayıpları) ile eşit olmalıdır. Aktif güç, faydalı işe dönüştürülen ve tüketilen elektrik enerjisinin parçasıdır, reaktif güç ise manyetik veya elektrik alanlarda geçici olarak saklanır ve doğrudan faydalı işe katkıda bulunmaz.

6. Matematiksel İfade

Üç fazlı AC devresinde, toplam görünür güç S (Apparent Power) şu şekilde ifade edilebilir:

Burada:

• P, vatt (W) cinsinden ölçülen aktif güçtür.

• Q, volt-amper reaktif (VAR) cinsinden ölçülen reaktif güçtür.

Aktif güç P, aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

Reaktif güç Q, aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

Burada, V hat gerilimidir, I hat akımıdır ve ϕ akım ve gerilim arasındaki faz açısıdır.

7. Özet

• Aktif Güç, faydalı işe dönüştürülen ve tüketilen gerçek gücdür, örneğin mekanik veya termal enerji. Dirençli elemanlarla ilişkilidir ve mekanik iş oluşturabilir.

• Reaktif Güç, endüktif veya kapasitif elemanlarla ilişkilidir, kaynak ve yük arasında salınır. Manyetik veya elektrik alanları korur, ancak doğrudan faydalı iş yapmaz.

Bu nedenle, aktif güç mekanik işi üreten gücdür, reaktif güç ise sistemin istikrarı için kritik olsa da doğrudan iş yapmaz. Reaktif güç, gerekli manyetik veya elektrik alanları koruyarak enerji transfer sürecini destekler.