आप कैसे साबित करते हैं कि एक्टिव पावर ही मैकेनिकल काम के लिए जिम्मेदार होता है और रिएक्टिव पावर नहीं?

कैसे साबित करें कि एक्टिव पावर ही यांत्रिक कार्य उत्पन्न करने वाली शक्ति है, न कि रिएक्टिव पावर

एक्टिव पावर (Active Power, P) को यांत्रिक कार्य उत्पन्न करने वाली शक्ति और रिएक्टिव पावर (Reactive Power, Q) को नहीं मानने के लिए, हम शक्ति प्रणालियों के भौतिक सिद्धांतों और ऊर्जा रूपांतरण की प्रकृति की जांच कर सकते हैं। नीचे विस्तृत स्पष्टीकरण दिया गया है:

1. एक्टिव पावर और रिएक्टिव पावर की परिभाषाएँ

एक्टिव पावर P: एक्टिव पावर एक AC सर्किट में खपत की जाने वाली वास्तविक विद्युत शक्ति है जो उपयोगी कार्य में परिवर्तित होती है। यह प्रतिरोधी तत्वों से संबंधित होती है और विद्युत ऊर्जा को अन्य रूपों की ऊर्जा, जैसे ऊष्मीय या यांत्रिक ऊर्जा, में परिवर्तित करती है। एक्टिव पावर की इकाई वाट (W) है।

रिएक्टिव पावर Q: रिएक्टिव पावर एक AC सर्किट में ऐसी विद्युत शक्ति है जो स्रोत और लोड के बीच आवेशी या धारितीय तत्वों की उपस्थिति के कारण दोलन करती है। यह सीधे उपयोगी कार्य नहीं करती है लेकिन प्रणाली में वोल्टेज और धारा वितरण पर प्रभाव डालती है, जिससे इसकी दक्षता प्रभावित होती है। रिएक्टिव पावर की इकाई वोल्ट-एम्पियर रिएक्टिव (VAR) है।

2. पावर फैक्टर और चरण अंतर

एक AC सर्किट में, धारा और वोल्टेज के बीच का चरण अंतर एक्टिव पावर और रिएक्टिव पावर के अनुपात को निर्धारित करता है। पावर फैक्टर cos(ϕ) इस चरण अंतर का माप है, जहाँ ϕ धारा और वोल्टेज के बीच का चरण कोण है।

जब ϕ=0, तो धारा और वोल्टेज समफासी होते हैं, और केवल एक्टिव पावर मौजूद होती है, रिएक्टिव पावर नहीं। यह शुद्ध प्रतिरोधी लोडों में सामान्य होता है।

जब ϕ=0, तो धारा और वोल्टेज समफासी नहीं होते, जिससे एक्टिव और रिएक्टिव पावर दोनों मौजूद होते हैं। आवेशी लोडों (जैसे मोटर) में, धारा वोल्टेज से पीछे रहती है; धारितीय लोडों में, धारा वोल्टेज से आगे रहती है।

3. ऊर्जा रूपांतरण के दृष्टिकोण से

एक्टिव पावर का भौतिक अर्थ:

एक्टिव पावर, प्रतिरोधी तत्वों के माध्यम से, विद्युत ऊर्जा को अन्य रूपों की ऊर्जा, जैसे यांत्रिक ऊर्जा या ऊष्मीय ऊर्जा, में परिवर्तित करती है। उदाहरण के लिए, एक मोटर में, एक्टिव पावर लोड प्रतिरोध को दूर करती है, रोटर को घूमने के लिए चलाती है और यांत्रिक कार्य उत्पन्न करती है।

एक्टिव पावर की मात्रा प्रणाली में वास्तविक ऊर्जा खपत को निर्धारित करती है, जिससे यह उपयोगी कार्य करने वाली शक्ति से सीधे संबंधित होती है।

रिएक्टिव पावर का भौतिक अर्थ:

रिएक्टिव पावर सीधे उपयोगी कार्य नहीं करती है लेकिन आवेशी या धारितीय तत्वों के भीतर चुंबकीय या विद्युत क्षेत्रों में ऊर्जा का संचय से संबंधित होती है। यह स्रोत और लोड के बीच दोलन करती है लेकिन शुद्ध यांत्रिक कार्य नहीं उत्पन्न करती है।

रिएक्टिव पावर का प्राथमिक भूमिका सर्किट में वोल्टेज स्तरों को बनाए रखना और चुंबकीय या विद्युत क्षेत्रों की स्थापना और रखरखाव का समर्थन करना है। हालांकि यह सीधे कार्य नहीं करती है, लेकिन यह प्रणाली के स्थिर संचालन के लिए आवश्यक है।

4. विद्युत मोटर का उदाहरण

विद्युत मोटर के उदाहरण से, एक्टिव पावर और रिएक्टिव पावर के बीच का अंतर स्पष्ट हो जाता है:

एक्टिव पावर: मोटर में एक्टिव पावर लोड प्रतिरोध को दूर करती है, रोटर को घूमने के लिए चलाती है और यांत्रिक कार्य उत्पन्न करती है। इस पावर का यह हिस्सा अंततः यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित होता है, जो पंप या पंखों जैसी मशीनरी को चलाता है।

रिएक्टिव पावर: मोटर में रिएक्टिव पावर रोटर और स्टेटर के बीच चुंबकीय क्षेत्र की स्थापना और रखरखाव के लिए उपयोग किया जाता है। यह चुंबकीय क्षेत्र मोटर के संचालन के लिए आवश्यक है, लेकिन यह सीधे यांत्रिक कार्य नहीं उत्पन्न करता है। रिएक्टिव पावर स्रोत और मोटर के बीच दोलन करता है, उपयोगी यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित नहीं होता है।

5. ऊर्जा संरक्षण का नियम

ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार, एक प्रणाली में आई विद्युत ऊर्जा इनपुट (मानक यांत्रिक और ऊष्मीय ऊर्जा सहित) और किसी भी नुकसान (जैसे प्रतिरोधी नुकसान) के बराबर होनी चाहिए। एक्टिव पावर वह विद्युत ऊर्जा का हिस्सा है जो वास्तव में खपत की जाती है और उपयोगी कार्य में परिवर्तित होती है, जबकि रिएक्टिव पावर चुंबकीय या विद्युत क्षेत्रों में अस्थायी रूप से संचित रहती है और उपयोगी कार्य में सीधे योगदान नहीं देती है।

6. गणितीय व्यक्तित्व

एक त्रिपादी AC सर्किट में, कुल अपारेंट पावर S (Apparent Power) को निम्न प्रकार से व्यक्त किया जा सकता है:

जहाँ:

• P एक्टिव पावर है, जिसे वाट (W) में मापा जाता है।

• Q रिएक्टिव पावर है, जिसे वोल्ट-एम्पियर रिएक्टिव (VAR) में मापा जाता है।

एक्टिव पावर P की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

रिएक्टिव पावर Q की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

यहाँ, V लाइन वोल्टेज, I लाइन धारा, और ϕ धारा और वोल्टेज के बीच का चरण कोण है।

7. सारांश

• एक्टिव पावर वास्तविक खपत की गई शक्ति है जो उपयोगी कार्य, जैसे यांत्रिक या ऊष्मीय ऊर्जा, में परिवर्तित होती है। यह प्रतिरोधी तत्वों से संबंधित होती है और यांत्रिक कार्य उत्पन्न कर सकती है।

• रिएक्टिव पावर आवेशी या धारितीय तत्वों से संबंधित शक्ति है, जो स्रोत और लोड के बीच दोलन करती है। यह चुंबकीय या विद्युत क्षेत्रों को बनाए रखती है लेकिन सीधे उपयोगी कार्य नहीं करती है।

इस प्रकार, एक्टिव पावर यांत्रिक कार्य उत्पन्न करने वाली शक्ति है, जबकि रिएक्टिव पावर, हालांकि प्रणाली की स्थिरता के लिए आवश्यक है, लेकिन सीधे कार्य करने में योगदान नहीं देती है। रिएक्टिव पावर ऊर्जा स्थानांतरण प्रक्रिया का समर्थन करती है द्वारा आवश्यक चुंबकीय या विद्युत क्षेत्रों को बनाए रखती है।