Kako dokažete da je akivna snaga ona odgovorna za mehanički rad a ne reaktivna snaga?

Kako dokazati da je aktivna snaga snaga koja stvara mehanički rad, a ne reaktivna snaga

Da bismo dokazali da je aktivna snaga (Active Power, P) snaga koja stvara mehanički rad, a ne reaktivna snaga (Reactive Power, Q), možemo ispitati fizičke principi sustava snage i prirodu pretvorbe energije. Evo detaljnog objašnjenja:

1. Definicije aktivne i reaktivne snage

Aktivna snaga P: Aktivna snaga odnosi se na stvarnu električnu snagu potrošenu u AC krugu koja se pretvara u korisni rad. Povezana je s otpornim elementima i predstavlja pretvorbu električne energije u druge forme energije, poput topline ili mehaničke energije. Jedinka za aktivnu snagu su vati (W).

Reaktivna snaga Q: Reactivna snaga odnosi se na dio električne snage u AC krugu koji oscilira između izvora i opterećenja zbog prisutnosti induktivnih ili kapacitivnih elemenata. Ne izravno obavlja korisni rad, ali utječe na raspodjelu napona i struje u sustavu, utječeći na njegovu učinkovitost. Jedinka za reaktivnu snagu su voltamper reaktivni (VAR).

2. Faktor snage i fazna razlika

U AC krugu, fazna razlika između struje i napon određuje omjer aktivne i reaktivne snage. Faktor snage cos(ϕ) mjeri ovu faznu razliku, gdje je ϕ fazni kut između struje i napon.

Kada je ϕ=0, struja i napon su u fazi, i postoji samo aktivna snaga, bez reaktivne snage. Ovo je tipično za čisto otporne opterećenja.

Kada je ϕ≠0, struja i napon nisu u fazi, što rezultira postojanjem i aktivne i reaktivne snage. Za induktivna opterećenja (poput motora), struja zapoznjava za naponom; za kapacitivna opterećenja, struja prethodi naponu.

3. Perspektiva pretvorbe energije

Fizičko značenje aktivne snage:

Aktivna snaga je snaga koja, kroz otporne elemente, pretvara električnu energiju u druge forme energije, poput mehaničke energije ili topline. Na primjer, u motoru, aktivna snaga prevladava otpor opterećenja, pokreće rotor da rotira i proizvodi mehanički rad.

Veličina aktivne snage određuje stvarnu potrošnju energije u sustavu, čineći je snagom direktno povezanom s obavljanjem korisnog rada.

Fizičko značenje reaktivne snage:

Reaktivna snaga ne izravno obavlja korisni rad, već je povezana s pohranjivanjem energije u magnetskim ili električnim poljima unutar induktivnih ili kapacitivnih elemenata. Oscilira između izvora i opterećenja bez proizvodnje neto mehaničkog rada.

Glavna uloga reaktivne snage jest održavanje nivoa napona u krugu i podrška u uspostavi i održavanju magnetskih ili električnih polja. Iako ne izravno obavlja rad, nužna je za stabilno funkcioniranje sustava.

4. Primjer s električnim motorom

Koristeći električni motor kao primjer, razlika između aktivne i reaktivne snage postaje jasnija:

Aktivna snaga: Aktivna snaga u motoru koristi se za prevladavanje otpora opterećenja, pokretanje rotora da rotira i generiranje mehaničkog rada. Ovaj dio snage konačno pretvara se u mehaničku energiju, pogon mašina poput pumpi ili ventilatora.

Reaktivna snaga: Reactivna snaga u motoru koristi se za uspostavu i održavanje magnetskog polja između rotora i statora. Ovo magnetsko polje je ključno za rad motora, ali ne izravno proizvodi mehanički rad. Reactivna snaga oscilira između izvora snage i motora, ne pretvori se u korisnu mehaničku energiju.

5. Zakon o očuvanju energije

Prema zakonu o očuvanju energije, električna energija koja se upušta u sustav mora biti jednaka izlaznoj energiji (uključujući mehaničku i toplinsku energiju) plus sve gubitke (poput otpornih gubitaka). Aktivna snaga je dio električne energije koji se zapravo potroši i pretvara u korisni rad, dok se reaktivna snaga privremeno pohranjuje u magnetskim ili električnim poljima i ne izravno doprinosi korisnom radu.

6. Matematički izraz

U trofaznom AC krugu, ukupna aparentna snaga S (Apparent Power) može se izraziti kao:

Gdje:

• P je aktivna snaga, mjerenih u vatima (W).

• Q je reaktivna snaga, mjerenih u voltamper reaktivnim (VAR).

Aktivna snaga P može se izračunati pomoću sljedeće formule:

Reaktivna snaga Q može se izračunati pomoću sljedeće formule:

Ovdje, V je linijalni napon, I je linijalna struja, a ϕ je fazni kut između struje i napon.

7. Sažetak

• Aktivna snaga je stvarna snaga potrošena i pretvorena u korisni rad, poput mehaničke ili toplinske energije. Povezana je s otpornim elementima i može generirati mehanički rad.

• Reaktivna snaga je snaga povezana s induktivnim ili kapacitivnim elementima, oscilirajuća između izvora i opterećenja. Održava magnetska ili električna polja, ali ne izravno obavlja korisni rad.

Stoga, aktivna snaga je snaga koja generira mehanički rad, dok reaktivna snaga, iako ključna za stabilnost sustava, ne izravno doprinosi obavljanju rada. Reactivna snaga podržava proces prijenosa energije održavajući potrebna magnetska ili električna polja.