Bagaimana anda membuktikan bahawa kuasa aktif adalah yang bertanggungjawab untuk kerja mekanikal dan bukan kuasa reaktif

Bagaimana Membuktikan Bahawa Kuasa Aktif adalah Kuasa yang Menghasilkan Kerja Mekanikal, Bukan Kuasa Reaktif

Untuk membuktikan bahawa kuasa aktif (Active Power, P) adalah kuasa yang menghasilkan kerja mekanikal, bukan kuasa reaktif (Reactive Power, Q), kita boleh memeriksa prinsip fizikal sistem kuasa dan sifat pemindahan tenaga. Berikut adalah penjelasan terperinci:

1. Definisi Kuasa Aktif dan Kuasa Reaktif

Kuasa Aktif P: Kuasa aktif merujuk kepada kuasa elektrik sebenar yang digunakan dalam litar AC yang dipindahkan menjadi kerja berguna. Ia berkaitan dengan elemen rintangan dan mewakili pemindahan tenaga elektrik ke bentuk tenaga lain, seperti tenaga termal atau mekanikal. Unit kuasa aktif adalah watt (W).

Kuasa Reaktif Q: Kuasa reaktif merujuk kepada sebahagian kuasa elektrik dalam litar AC yang berayun antara sumber dan beban disebabkan oleh kehadiran elemen induktif atau kapasitif. Ia tidak secara langsung melakukan kerja berguna tetapi mempengaruhi pengedaran voltan dan arus dalam sistem, memberi impak kepada kecekapan sistem. Unit kuasa reaktif adalah volt-ampere reaktif (VAR).

2. Faktor Kuasa dan Perbezaan Fasa

Dalam litar AC, perbezaan fasa antara arus dan voltan menentukan nisbah kuasa aktif kepada kuasa reaktif. Faktor kuasa cos(ϕ) adalah ukuran perbezaan fasa ini, di mana ϕ adalah sudut fasa antara arus dan voltan.

Apabila ϕ=0, arus dan voltan adalah dalam fasa, dan hanya kuasa aktif wujud, tanpa kuasa reaktif. Ini biasa dalam beban rintangan murni.

Apabila ϕ≠0, arus dan voltan adalah tidak dalam fasa, menghasilkan kedua-dua kuasa aktif dan reaktif. Untuk beban induktif (seperti motor), arus tertinggal di belakang voltan; untuk beban kapasitif, arus mendahului voltan.

3. Perspektif Pemindahan Tenaga

Maksud Fizikal Kuasa Aktif:

Kuasa aktif adalah kuasa yang, melalui elemen rintangan, memindahkan tenaga elektrik ke bentuk tenaga lain, seperti tenaga mekanikal atau haba. Sebagai contoh, dalam motor, kuasa aktif mengatasi rintangan beban, mendorong rotor untuk berputar dan menghasilkan kerja mekanikal.

Magnitude kuasa aktif menentukan penggunaan tenaga sebenar dalam sistem, menjadikannya kuasa yang langsung berkaitan dengan melakukan kerja berguna.

Maksud Fizikal Kuasa Reaktif:

Kuasa reaktif tidak secara langsung melakukan kerja berguna tetapi berkaitan dengan penyimpanan tenaga dalam medan magnetik atau elektrik dalam elemen induktif atau kapasitif. Ia berayun antara sumber dan beban tanpa menghasilkan kerja mekanikal bersih.

Peranan utama kuasa reaktif adalah untuk mengekalkan tahap voltan dalam litar dan menyokong penubuhan dan pemeliharaan medan magnetik atau elektrik. Walaupun ia tidak secara langsung melakukan kerja, ia diperlukan untuk operasi stabil sistem.

4. Contoh dengan Motor Elektrik

Dengan menggunakan motor elektrik sebagai contoh, perbezaan antara kuasa aktif dan kuasa reaktif menjadi lebih jelas:

Kuasa Aktif: Kuasa aktif dalam motor digunakan untuk mengatasi rintangan beban, mendorong rotor untuk berputar dan menghasilkan kerja mekanikal. Bahagian kuasa ini akhirnya dipindahkan menjadi tenaga mekanikal, memacu mesin seperti pam atau kipas.

Kuasa Reaktif: Kuasa reaktif dalam motor digunakan untuk menubuhkan dan memelihara medan magnet antara rotor dan stator. Medan magnet ini penting untuk operasi motor, tetapi ia tidak secara langsung menghasilkan kerja mekanikal. Kuasa reaktif berayun antara sumber kuasa dan motor, tidak dipindahkan menjadi tenaga mekanikal berguna.

5. Hukum Konservasi Tenaga

Menurut hukum konservasi tenaga, tenaga elektrik input ke sistem mestilah sama dengan tenaga output (termasuk tenaga mekanikal dan termal) ditambah dengan apa-apa kerugian (seperti kerugian rintangan). Kuasa aktif adalah bahagian tenaga elektrik yang sebenarnya digunakan dan dipindahkan menjadi kerja berguna, manakala kuasa reaktif disimpan sementara dalam medan magnetik atau elektrik dan tidak secara langsung menyumbang kepada kerja berguna.

6. Ungkapan Matematik

Dalam litar AC tiga fasa, kuasa nyata total S (Apparent Power) boleh diungkapkan sebagai:

Di mana:

• P adalah kuasa aktif, diukur dalam watt (W).

• Q adalah kuasa reaktif, diukur dalam volt-ampere reaktif (VAR).

Kuasa aktif P boleh dikira menggunakan formula berikut:

Kuasa reaktif Q boleh dikira menggunakan formula berikut:

Di sini, V adalah voltan garisan, I adalah arus garisan, dan ϕ adalah sudut fasa antara arus dan voltan.

7. Ringkasan

• Kuasa Aktif adalah kuasa sebenar yang digunakan dan dipindahkan menjadi kerja berguna, seperti tenaga mekanikal atau termal. Ia berkaitan dengan elemen rintangan dan boleh menghasilkan kerja mekanikal.

• Kuasa Reaktif adalah kuasa yang berkaitan dengan elemen induktif atau kapasitif, berayun antara sumber dan beban. Ia mengekalkan medan magnetik atau elektrik tetapi tidak secara langsung melakukan kerja berguna.

Oleh itu, kuasa aktif adalah kuasa yang menghasilkan kerja mekanikal, manakala kuasa reaktif, walaupun penting untuk kestabilan sistem, tidak secara langsung menyumbang kepada melakukan kerja. Kuasa reaktif menyokong proses pemindahan tenaga dengan mengekalkan medan magnetik atau elektrik yang diperlukan.