Kuidas tõestad, et mehaanilise töö eest vastutab aktiivne võim ja mitte reageeriv võim?

Kuidas tõestada, et tegevenergia on see energia, mis genereerib mehaanilist tööd, mitte reageeriv energia

Tõestamiseks, et tegevenergia (Active Power, P) on see energia, mis genereerib mehaanilist tööd, mitte reageeriv energia (Reactive Power, Q), saame uurida elektrisüsteemide füüsikalisi põhimõtteid ja energiakonversiooni olemust. Allpool on selgitus:

1. Tegevenergia ja reageeriva energia määratlused

Tegevenergia P: Tegevenergia viitab tegelikule elektrile, mis AC-kiirguses tarbitakse ja millest saadakse kasutatav töö. See seostub vastuslike elemendiga ja esindab elektrienergia muundamist teiste energiavormideks, nagu soojus- või mehaaniline energia. Tegevenergia ühik on vat (W).

Reageeriv energia Q: Reageeriv energia viitab AC-kiirguses sellele osale elektrile, mis vaheldub allikast koormani induktiivsete või kapatsiitsete elementide kaudu. See ei suoraalt täita kasutatavat tööd, kuid mõjutab süsteemi pinget ja voolu jaoks, mõjutades selle efektiivsust. Reageeriva energia ühik on volt-amper reaktiivne (VAR).

2. Tööfaktor ja faasisuhetegur

AC-kiirguses määrab voolu ja pingevaheline faasisuhetegur tegevenergia ja reageeriva energia suhtelist osa. Tööfaktor cos(ϕ) on selle faasisuheteguri mõõt, kus ϕ on voolu ja pingevaheline faasisuhetegur.

Kui ϕ=0, siis vool ja pinge on sama faasis ja ainult tegevenergia eksisteerib, ilma reageeriva energiata. See on tavaline puhtalt vastuslike koormuste puhul.

Kui ϕ≠0, siis vool ja pinge on erinevas faasis, tulemuseks on nii tegev- kui ka reageeriv energia. Induktiiplike koormuste (nagu mootorite) puhul jääb vool tagasi pingest; kapatsiitsete koormuste puhul eelneb vool pingele.

3. Energia konverteerimise perspektiiv

Tegevenergia füüsiline mõte:

Tegevenergia on see energia, mis vastuslike elementide kaudu elektrienergiat muundab teiste energiavormideks, näiteks mehaaniliseks energiaks või soojusena. Näiteks mootoris kasutatakse tegevenergiat, et venida läbi koormuse vastust, vedama rotorit ringi ja toota mehaanilist tööd.

Tegevenergia suurus määrab süsteemi tegeliku energiatarbimise, muutes selle energiaks, mis on otse seotud kasutatava tööga.

Reageeriva energia füüsiline mõte:

Reageeriv energia ei suoraalt täida kasutatavat tööd, kuid seostub induktiivsete või kapatsiitsete elementide sees magneet- või elektriväljade säilitamisega. See vaheldub allikast koormani ilma netto mehaanilise töö loomiseta.

Reageeriva energia peamine roll on säilitada kiirgu pinge ja toetada magneet- või elektriväljade loomist ja hooldamist. Kuigi see ei tee suoraalt tööd, on see vajalik süsteemi stabiilsel tööl.

4. Näide elektrimootoriga

Elektrimootori näitel muutub tegev- ja reageeriva energia eristus selgemaks:

Tegevenergia: Mootori tegevenergia kasutatakse koormuse vastuse venimiseks, rotorit ringi vedamiseks ja mehaanilise töö tootmiseks. Selle energiaosa lõpuks muundub mehaaniliseks energiaks, toimetades masinaid, nagu pompide või ventilaatorite.

Reageeriv energia: Mootori reageeriv energia kasutatakse rotor-stator vahelise magneetväli loomiseks ja hooldamiseks. See magneetväli on mootori tööks hädavajalik, kuid see ei loo suoraalt mehaanilist tööd. Reageeriv energia vaheldub elektroallikast mootoriga, ilma et see muunduks kasutatavaks mehaaniliseks energiaks.

5. Energia säilituse seadus

Energia säilituse seaduse kohaselt peab süsteemi sisse toodud elektrienergia olema võrdne välja toodud energiaga (sh mehaanilise ja soojusliku energiaga) pluss kõik kaotsi läinud (nagu vastuskaotused). Tegevenergia on see osa elektrienergiast, mis tegelikult tarbitakse ja muundub kasutatavaks tööks, samas kui reageeriv energia on ajutiselt magneet- või elektriväljades säilitatud ja ei anna suoraalt panust kasutatava tööle.

6. Matemaatiline väljend

Kolmekordse AC-kiirguses võib kogu nähtavat energiat S (Apparent Power) väljendada järgmiselt:

Kus:

• P on tegevenergia, mõõdetud vatides (W).

• Q on reageeriv energia, mõõdetud volt-amper reaktiivne (VAR).

Tegevenergia P saab arvutada järgmise valemi abil:

Reageeriv energia Q saab arvutada järgmise valemi abil:

Siin on V liini pinge, I liini vool ja ϕ voolu ja pingevaheline faasisuhetegur.

7. Kokkuvõte

• Tegevenergia on see energia, mis tegelikult tarbitakse ja muundub kasutatavaks tööks, näiteks mehaaniliseks või soojuslikuks energiaks. See seostub vastuslike elementidega ja võib genereerida mehaanilist tööd.

• Reageeriv energia on see energia, mis seostub induktiivsete või kapatsiitsete elementidega, vaheldudes allikast koormani. See säilitab magneet- või elektrivälju, kuid ei suoraalt täida kasutatavat tööd.

Seega, tegevenergia on see energia, mis genereerib mehaanilist tööd, samas kui reageeriv energia, kuigi on oluline süsteemi stabiilsuse jaoks, ei suoraalt panusta tööle. Reageeriv energia toetab energiatransfeeri protsessi, säilitades vajalikud magneet- või elektriväljad.