Kā jūs pierādāt, ka tiešā varbūtība ir atbildīga par mehānisko darbu, nevis reaktivā varbūtība?

Kā pierādīt, ka aktīvā vara ir tā vara, kas veido mehānisko darbu, nevis reaktivā vara

Lai pierādītu, ka aktīvā vara (Active Power, P) ir tā vara, kas veido mehānisko darbu, nevis reaktivā vara (Reactive Power, Q), mēs varam izpētīt enerģijas sistēmu fizikas principus un enerģijas pārveidošanas dabu. Zemāk ir detaļots paskaidrojums:

1. Aktīvās un reaktivās varas definīcijas

Aktīvā vara P: Aktīvā vara attiecas uz faktiski patērēto elektrisko varu AC šķērslē, kas tiek pārveidota par noderīgu darbu. Tā saistīta ar pretestības elementiem un atspoguļo elektriskās enerģijas pārveidošanu citās enerģijas formās, piemēram, termiskajā vai mehāniskajā enerģijā. Aktīvās varas mērvienība ir vatss (W).

Reaktivā vara Q: Reactivā vara attiecas uz to daļu no elektriskās varas AC šķērslē, kas oscilē starp avotu un slodzi tāpēc, ka ir induktīvie vai kapacitīvie elementi. Tā tieši nedarbojas noderīgi, bet ietekmē sprieguma un strāvas sadalījumu sistēmā, ietekmējot tās efektivitāti. Reactivās varas mērvienība ir voltamperes reaktivs (VAR).

2. Varfaktors un fāzes starpība

AC šķērslē fāzes starpība starp strāvu un spriegumu nosaka aktīvās un reaktivās varas attiecību. Varfaktors cos(ϕ) ir šīs fāzes starpības mērs, kur ϕ ir fāzes leņķis starp strāvu un spriegumu.

Ja ϕ=0, tad strāva un spriegums ir fāzē, un pastāv tikai aktīvā vara, bez reaktivās varas. Tas ir bieži sastopami tikai rezistīvās slodzes gadījumā.

Ja ϕ≠0, tad strāva un spriegums nav fāzē, un rezultātā ir gan aktīvā, gan reaktivā vara. Induktīvām slodzēm (piemēram, dzinējiem) strāva aizpaliek sprieguma aizmugurē; kapacitīvām slodzēm strāva ieplakā sprieguma priekšā.

3. Enerģijas pārveidošanas perspektīva

Aktīvās varas fiziskais nozīme:

Aktīvā vara caur pretestības elementiem pārveido elektrisko enerģiju citās enerģijas formās, piemēram, mehāniskajā enerģijā vai siltumā. Piemēram, dzinējā aktīvā vara pārvar slodzes pretestību, pārvietojot rotoru un veidojot mehānisko darbu.

Aktīvās varas lielums nosaka faktiskā enerģijas patēriņa sistēmā, padarot to par varu, kas tieši saistīta ar noderīga darba veikšanu.

Reaktivās varas fiziskais nozīme:

Reaktivā vara netieši nedarbojas noderīgi, bet tā saistīta ar enerģijas glabāšanu magnētiskos vai elektromagnētiskos laukos induktīvos vai kapacitīvos elementos. Tā oscilē starp avotu un slodzi, neveidojot neto mehānisko darbu.

Reaktivās varas galvenā loma ir uzturēt sprieguma līmenis šķērslē un atbalstīt magnētiskos vai elektromagnētiskos lauku izveidi un uzturēšanu. Lai arī tā netieši nedarbojas, tā ir nepieciešama sistēmas stabillai darbībai.

4. Piemērs ar elektrodzinēju

Izmantojot elektrodzinēju kā piemēru, aktīvās un reaktivās varas atšķirība kļūst skaidrāka:

Aktīvā vara: Elektrodzinējā aktīvā vara tiek izmantota, lai pārvarētu slodzes pretestību, pārvietojot rotoru un veidojot mehānisko darbu. Šī vara galu galā tiek pārveidota par mehānisko enerģiju, palielinot mašīnu, piemēram, pompas vai ventilatoru, produktivitāti.

Reaktivā vara: Elektrodzinējā reaktivā vara tiek izmantota, lai izveidotu un uzturētu magnētisko lauku starp rotoru un statoru. Šis magnētiskais lauks ir būtisks dzinēja darbībai, taču tas netieši nerada mehānisko darbu. Reactivā vara oscilē starp enerģijas avotu un dzinēju, neatkarīgi no tā, vai tā tiek pārveidota par noderīgo mehānisko enerģiju.

5. Enerģijas saglabāšanas likums

Saskaņā ar enerģijas saglabāšanas likumu, elektriskā enerģija, kas ievadīta sistēmā, jābūt vienāda ar izvades enerģiju (ieskaitot mehānisko un termisko enerģiju) plus jebkādas zaudējumi (piemēram, pretestības zaudējumi). Aktīvā vara ir tā daļa no elektriskās enerģijas, kas tieši tiek patērēta un pārveidota par noderīgu darbu, savukārt reaktivā vara laikā glabājas magnētiskos vai elektromagnētiskos laukos un netieši nedarbojas noderīgi.

6. Matemātiska izteiksme

Trīs fāžu AC šķērslē kopējā aparentā vara S (Aparentā vara) var tikt izteikta kā:

Kur:

• P ir aktīvā vara, mērīta vatss (W).

• Q ir reaktivā vara, mērīta voltamperes reaktivs (VAR).

Aktīvā vara P var tikt aprēķināta, izmantojot šādu formulu:

Reaktivā vara Q var tikt aprēķināta, izmantojot šādu formulu:

Šeit V ir līnijas spriegums, I ir līnijas strāva, un ϕ ir fāzes leņķis starp strāvu un spriegumu.

7. Kopsavilkums

• Aktīvā vara ir patiesā patērētā un pārveidotā noderīgā darba vara, piemēram, mehāniskā vai termiskā enerģija. Tā saistīta ar pretestības elementiem un var veidot mehānisko darbu.

• Reaktivā vara ir tā vara, kas saistīta ar induktīviem vai kapacitīviem elementiem, oscilējot starp avotu un slodzi. Tā uztur magnētiskos vai elektromagnētiskos laukus, bet netieši nedarbojas noderīgi.

Tātad, aktīvā vara ir tā vara, kas veido mehānisko darbu, savukārt reaktivā vara, lai arī ir būtiska sistēmas stabilitātei, netieši nedarbojas noderīgi. Reactivā vara atbalsta enerģijas pārnešanas procesu, uzturējot nepieciešamos magnētiskos vai elektromagnētiskos laukus.