Негізгі күштің механикалық жұмысқа атаулы екенін қалай дәлелдейсіз және реактивті күш емес?

Қалыптасқан жұмыс энергиясының механикалық жұмысты жасайтын, реактивтік емес болуын дәлелдеу тәсілдері

Активтік күш (Active Power, P) механикалық жұмысты жасайтын, ал реактивтік күш (Reactive Power, Q) жасап жатпайтын реттеулерді дәлелдеу үшін, біз энергиялық жүйелердің физикалық принциптері мен энергия айналымының табиғатын зерттеуге болады. Төменде толық түсіндірме берілген:

1. Активтік және реактивтік күштердің анықтамалары

Активтік күш P: Активтік күш - бұл AC цепте жұмсалып, пайдалы жұмысқа айналдырылатын нақты электр энергиясы. Бұл сопротивление элементтерімен байланысты және электр энергиясын термодинамикалық немесе механикалық энергияға айналдыруына байланысты. Активтік күштің өлшем бірлігі ватт (W).

Реактивтік күш Q: Реактивтік күш - бұл индуктивті немесе конденсаторлы элементтердің қатысуына байланысты, бастапқы және жұмыс істейтін заттар арасында осциллиацияланатын электр энергиясының бөлігі. Ол тікелей пайдалы жұмыс істеуден емес, бірақ системада напряжение мен токтардың таралуына, сондықтан да қуаттың үздігіне әсер етеді. Реактивтік күштің өлшем бірлігі реактивтік вольт-ампер (VAR).

2. Күш коэффициенті және фазалық айырмашылық

AC цепте, ток және напряжение арасындағы фазалық айырмашылық активтік және реактивтік күштердің қатынасын анықтайды. Күш коэффициенті cos(ϕ) - бұл фазалық айырмашылықты өлшеу үшін, мұнда ϕ - ток және напряжение арасындағы фазалық бұрыш.

Егер ϕ=0, онда ток және напряжение фазада бірдей, және тек активтік күш бар, реактивтік күш жоқ. Бұл чисто омикти заттарда кездеседі.

Егер ϕ≠0, онда ток және напряжение фазада бірдей емес, сондықтан активтік және реактивтік күштер бар. Индуктивті заттар үшін (мисалы, электр моторлар), ток напряжению жазылуына байланысты; конденсаторлы заттар үшін, ток напряжению жетіспейді.

3. Энергия айналымы түрінен көзқарас

Активтік күштің физикалық мағынасы:

Активтік күш - бұл сопротивление элементтері арқылы электр энергиясын басқа энергия түрлеріне, мисалы, механикалық энергияға немесе жылу энергиясына айналдыратын күш. Мисалы, моторда активтік күш нагрузкаға қарсы түсетін, роторды айналдыратын және механикалық жұмыс жасайтын.

Активтік күштің өлшемі системадағы нақты энергия жұмсауларын анықтайды, сондықтан да пайдалы жұмыс істеумен тікелей байланысты.

Реактивтік күштің физикалық мағынасы:

Реактивтік күш тікелей пайдалы жұмыс істеуінен емес, бірақ индуктивті немесе конденсаторлы элементтердегі магниттық немесе электр өрістерінде энергия сақталуымен байланысты. Ол бастапқы және жұмыс істейтін заттар арасында осциллиациялап, жалпы механикалық жұмыс жасап жатпайды.

Реактивтік күштің негізгі рөлі - цепте напряжение деңгейін сақтау және магниттық немесе электр өрістерін қалыптастыру және сақтау. Ол тікелей жұмыс істеуінен емес, бірақ системаның стабилді қызмет етуі үшін қажет.

4. Электр моторы мысалы

Электр моторы мысалын қолданып, активтік және реактивтік күштердің айырмашылығы ашық түрде көрінетін:

Активтік күш: Мотордағы активтік күш нагрузкаға қарсы түсетін, роторды айналдыратын және механикалық жұмыс жасайтын. Бұл күштің бөлігі соңында механикалық энергияға айналып, насос немесе шеберлер сияқты машиналарды қозғарады.

Реактивтік күш: Мотордағы реактивтік күш ротор мен статор арасындағы магниттық өрін қалыптастыру және сақтау үшін қолданылады. Бұл магниттық өрі мотордың қызмет етуі үшін маңызды, бірақ тікелей механикалық жұмыс жасап жатпайды. Реактивтік күш бастапқы және мотор арасында осциллиациялап, пайдалы механикалық энергияға айналмайды.

5. Энергия сақталу заңы

Энергия сақталу заңына қарағанда, системага енгізілген электр энергиясы выход энергиясына (механикалық және термодинамикалық энергиясын қоса) және жойылымдарға (мисалы, омиктік жойылымдар) тең болуы керек. Активтік күш - бұл нақты жұмсалып, пайдалы жұмысқа айналдырылатын электр энергиясының бөлігі, ал реактивтік күш магниттық немесе электр өрілерде уақытша сақталады және тікелей пайдалы жұмысқа үлес қостырылмайды.

6. Математикалық выражение

Үшфазалы AC цепте, жалпы көріністік күш S (Apparent Power) төмендегі формуламен біріктірілетін:

Мұнда:

• P - активтік күш, ватт (W) өлшем бірлігінде өлшенеді.

• Q - реактивтік күш, реактивтік вольт-ампер (VAR) өлшем бірлігінде өлшенеді.

Активтік күш P төмендегі формуламен есептеледі:

Реактивтік күш Q төмендегі формуламен есептеледі:

Мұнда, V - линиялық напряжение, I - линиялық ток, ал ϕ - ток және напряжение арасындағы фазалық бұрыш.

7. Жобалау

• Активтік күш - бұл нақты жұмсалып, пайдалы жұмысқа, мисалы, механикалық немесе термодинамикалық энергияға айналдырылатын күш. Ол сопротивление элементтерімен байланысты және механикалық жұмыс жасауға қабілетті.

• Реактивтік күш - бұл индуктивті немесе конденсаторлы элементтермен байланысты, бастапқы және жұмыс істейтін заттар арасында осциллиацияланатын күш. Ол магниттық немесе электр өрілерін сақтайды, бірақ тікелей пайдалы жұмыс істеуінен емес.

Сонымен, активтік күш - бұл механикалық жұмысты жасайтын күш, ал реактивтік күш, халықаралық қызмет ету үшін маңызды, бірақ тікелей жұмыс істеуінен емес. Реактивтік күш қажетті магниттық немесе электр өрілерін сақтау арқылы энергия айналымы процессін қолдайды.