यसलाई कसरी साबित गर्नुहुन्छ कि सक्रिय शक्तिले यसले मैकेनिकल काम गर्दछ र प्रतिक्रियात्मक शक्ति गर्दिन छैन?

कसरी सिद्ध गर्ने हुन्छ कि सक्रिय शक्ति मात्रले यान्त्रिक काम उत्पन्न गर्छ, रिएक्टिभ शक्ति उत्पन्न गर्दैन

सक्रिय शक्ति (Active Power, P) यान्त्रिक काम उत्पन्न गर्ने शक्ति हो, रिएक्टिभ शक्ति (Reactive Power, Q) उत्पन्न गर्दैन, यसलाई साबित गर्न आमूल पावर सिस्टेमहरूको भौतिक सिद्धान्तहरू र ऊर्जा रूपान्तरणको प्रकृति लाई अध्ययन गर्न सकिन्छ। निम्नलिखित विस्तृत व्याख्या छ:

1. सक्रिय शक्ति र रिएक्टिभ शक्तिको परिभाषा

सक्रिय शक्ति P: सक्रिय शक्ति एसी सर्किटमा खप्दै गए वास्तविक विद्युत शक्ति जसले उपयोगी काममा रूपान्तरित हुन्छ। यो रिसिस्टिभ तत्वहरूसँग सम्बद्ध रहन्छ र यसले विद्युत ऊर्जालाई अन्य ऊर्जा रूपहरू (जस्तै तापीय वा यान्त्रिक ऊर्जा) मा रूपान्तरित गर्दछ। सक्रिय शक्तिको इकाई वाट (W) हुन्छ।

रिएक्टिभ शक्ति Q: रिएक्टिभ शक्ति एसी सर्किटमा इन्डक्टिभ वा कैपेसिटिभ तत्वहरूको उपस्थितिले विद्युत शक्तिको एक भाग हुन्छ जसले स्रोत र लोडबीच दोहोरिन्छ। यो ठीक उपयोगी काम गर्दैन तर यसले सिस्टेममा वोल्टेज र करेन्ट वितरणलाई प्रभावित गर्छ, र यसले दक्षतालाई प्रभावित गर्छ। रिएक्टिभ शक्तिको इकाई वोल्ट-अम्पियर रिएक्टिभ (VAR) हुन्छ।

2. पावर फ्याक्टर र फेज फरक

एसी सर्किटमा, करेन्ट र वोल्टेजको बीचको फेज फरकले सक्रिय शक्ति र रिएक्टिभ शक्तिको अनुपात निर्धारण गर्छ। पावर फ्याक्टर cos(ϕ) यो फेज फरकको माप हुन्छ, जहाँ ϕ करेन्ट र वोल्टेजको बीचको फेज कोण हुन्छ।

जब ϕ=0, करेन्ट र वोल्टेज एकान्तरित छन्, र केवल सक्रिय शक्ति छ, रिएक्टिभ शक्ति छैन। यो शुद्ध रिसिस्टिभ लोडहरूमा सामान्य छ।

जब ϕ≠0, करेन्ट र वोल्टेज एकान्तरित छैन, र सक्रिय र रिएक्टिभ दुवै शक्ति छ। इन्डक्टिभ लोडहरू (जस्तै मोटरहरू)मा, करेन्टले वोल्टेजको पछि आउँछ; कैपेसिटिभ लोडहरूमा, करेन्टले वोल्टेजको अघि आउँछ।

3. ऊर्जा रूपान्तरणको दृष्टिकोण

सक्रिय शक्तिको भौतिक अर्थ:

सक्रिय शक्ति रिसिस्टिभ तत्वहरूद्वारा विद्युत ऊर्जालाई अन्य ऊर्जा रूपहरू (जस्तै यान्त्रिक ऊर्जा वा तापीय ऊर्जा) मा रूपान्तरित गर्दछ। उदाहरणका लागि, मोटरमा, सक्रिय शक्तिले लोड रिसिस्टन्सलाई जित्ने, रोटरलाई घुमाउँदै यान्त्रिक काम उत्पन्न गर्छ।

सक्रिय शक्तिको परिमाणले सिस्टेममा वास्तविक ऊर्जा खपत निर्धारण गर्छ, जसले यसलाई उपयोगी काम गर्न सम्बन्धित शक्ति बनाउँदछ।

रिएक्टिभ शक्तिको भौतिक अर्थ:

रिएक्टिभ शक्ति ठीक उपयोगी काम गर्दैन तर यो इन्डक्टिभ वा कैपेसिटिभ तत्वहरूमा चुंबकीय वा विद्युत क्षेत्रमा ऊर्जा संचयन सँग सम्बद्ध छ। यो स्रोत र लोडबीच दोहोरिन्छ र यसले नेट यान्त्रिक काम उत्पन्न गर्दैन।

रिएक्टिभ शक्तिको मुख्य भूमिका सर्किटमा वोल्टेज स्तरहरू रक्षा गर्न र चुंबकीय वा विद्युत क्षेत्रहरूको स्थापना र रक्षण गर्न हुन्छ। यद्यपि यो ठीक काम गर्दैन, यो सिस्टेमको स्थिर संचालनका लागि आवश्यक छ।

4. विद्युत मोटरको उदाहरण

विद्युत मोटरको उदाहरण लिए, सक्रिय शक्ति र रिएक्टिभ शक्तिको भेद स्पष्ट हुन्छ:

सक्रिय शक्ति: मोटरमा, सक्रिय शक्तिले लोड रिसिस्टन्सलाई जित्ने, रोटरलाई घुमाउँदै यान्त्रिक काम उत्पन्न गर्छ। यो शक्तिको भाग अन्ततः यान्त्रिक ऊर्जामा रूपान्तरित हुन्छ, जसले पंप वा फानहरू जस्ता मशीनहरूलाई शक्ति दिन्छ।

रिएक्टिभ शक्ति: मोटरमा, रिएक्टिभ शक्तिले रोटर र स्टेटरबीचको चुंबकीय क्षेत्र स्थापना र रक्षण गर्दछ। यो चुंबकीय क्षेत्र मोटरको संचालनका लागि आवश्यक छ, तर यो ठीक यान्त्रिक काम उत्पन्न गर्दैन। रिएक्टिभ शक्ति स्रोत र मोटरबीच दोहोरिन्छ, र यसले उपयोगी यान्त्रिक ऊर्जामा रूपान्तरित गर्दैन।

5. ऊर्जा संरक्षणको नियम

ऊर्जा संरक्षणको नियममा अनुसार, सिस्टेममा प्रवेश गर्ने विद्युत ऊर्जा उत्पादित ऊर्जा (यान्त्रिक र तापीय ऊर्जा सहित) र नुकसान (जस्तै रिसिस्टिभ नुकसान) दुवैको जोड हुनुपर्छ। सक्रिय शक्ति वास्तविक खपत गरिने विद्युत ऊर्जाको भाग हो, जसले उपयोगी काममा रूपान्तरित हुन्छ, र रिएक्टिभ शक्ति चुंबकीय वा विद्युत क्षेत्रहरूमा अस्थायी रूपमा संचित रहन्छ र यसले उपयोगी काममा थेल्याई योगदान दिन्छ।

6. गणितीय व्यक्तित्व

तीन फेज एसी सर्किटमा, कुल अपारेन्ट शक्ति S (Apparent Power) निम्न ढंगले व्यक्त गरिन सकिन्छ:

जहाँ:

• P सक्रिय शक्ति हो, जसको मापन वाट (W) मा गरिन्छ।

• Q रिएक्टिभ शक्ति हो, जसको मापन वोल्ट-अम्पियर रिएक्टिभ (VAR) मा गरिन्छ।

सक्रिय शक्ति P निम्न फार्मुला द्वारा गणना गरिन सकिन्छ:

रिएक्टिभ शक्ति Q निम्न फार्मुला द्वारा गणना गरिन सकिन्छ:

यहाँ, V लाइन वोल्टेज, I लाइन करेन्ट, र ϕ करेन्ट र वोल्टेजको बीचको फेज कोण हुन्छ।

7. सारांश

• सक्रिय शक्ति वास्तविक खपत गरिने शक्ति हो र यसले उपयोगी काम, जस्तै यान्त्रिक वा तापीय ऊर्जामा रूपान्तरित हुन्छ। यो रिसिस्टिभ तत्वहरूसँग सम्बद्ध रहन्छ र यसले यान्त्रिक काम उत्पन्न गर्न सक्छ।

• रिएक्टिभ शक्ति इन्डक्टिभ वा कैपेसिटिभ तत्वहरूसँग सम्बद्ध शक्ति हो, जसले स्रोत र लोडबीच दोहोरिन्छ। यो चुंबकीय वा विद्युत क्षेत्रहरू रक्षण गर्छ तर यो ठीक उपयोगी काम गर्दैन।

त्यसैले, सक्रिय शक्ति मात्रले यान्त्रिक काम उत्पन्न गर्छ, र रिएक्टिभ शक्ति, यद्यपि सिस्टेमको स्थिरताका लागि महत्वपूर्ण छ, तर यो ठीक उपयोगी काममा योगदान दिन्छ। रिएक्टिभ शक्ति आवश्यक चुंबकीय वा विद्युत क्षेत्रहरूको रक्षण गर्दै ऊर्जा हस्तान्तरण प्रक्रियालाई समर्थन गर्छ।