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

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

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

1. Definicije aktivne snage i reaktivne snage

Aktivna snaga P: Aktivna snaga odnosi se na stvarnu električnu snagu potrošenu u AC kolu, koja se pretvara u korisni rad. Ona je povezana s otpornim elementima i predstavlja pretvorbu električne energije u druge forme energije, kao što su toplinska ili mehanička energija. Jedinična mera aktivne snage je vat (W).

Reaktivna snaga Q: Reactivna snaga odnosi se na deo električne snage u AC kolima koji osciluje između izvora i opterećenja zbog prisutnosti induktivnih ili kapacitivnih elemenata. Ne direktno obavlja koristan rad, ali utiče na raspodelu napona i struja u sistemu, utičući na njegovu efikasnost. Jedinična mera reaktivne snage je volt-amper reaktivni (VAR).

2. Faktor snage i fazna razlika

U AC kolima, fazna razlika između struje i napona određuje odnos aktivne snage i reaktivne snage. Faktor snage cos(ϕ) je mera ove fazne razlike, gde je ϕ fazni ugao između struje i napona.

Kada je ϕ=0, struja i napon su u fazi, i postoji samo aktivna snaga, bez reaktivne snage. Ovo je značajno 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 zaostaje za naponom; za kapacitivna opterećenja, struja vodi 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 toplote. Na primer, u motoru, aktivna snaga prevazilaže otpor opterećenja, pokreće rotor da rotira i proizvodi mehanički rad.

Veličina aktivne snage određuje stvarnu potrošnju energije u sistemu, čineći je snagu direktno vezanu za obavljanje korisnog rada.

Fizičko značenje reaktivne snage:

Reaktivna snaga ne direktno obavlja koristan rad, već je povezana sa skladištenjem energije u magnetnim ili električnim poljima unutar induktivnih ili kapacitivnih elemenata. Osciluje između izvora i opterećenja bez proizvodnje neto mehaničkog rada.

Glavna uloga reaktivne snage jeste održavanje nivoa napona u kolu i podrška u uspostavljanju i održavanju magnetnih ili električnih polja. Iako ne direktno vrši rad, neophodna je za stabilno funkcionisanje sistema.

4. Primer sa električnim motorom

Korišćenjem električnog motora kao primera, razlika između aktivne snage i reaktivne snage postaje jasnija:

Aktivna snaga: Aktivna snaga u motoru koristi se da prevaziđe otpor opterećenja, pokreće rotor da rotira i generiše mehanički rad. Ovaj deo snage konačno se pretvara u mehaničku energiju, pogon mašina poput pumpi ili ventilatora.

Reaktivna snaga: Reactivna snaga u motoru koristi se za uspostavljanje i održavanje magnetnog polja između rotora i statore. Ovo magnetno polje je bitno za rad motora, ali ne direktno proizvodi mehanički rad. Reactivna snaga osciluje između izvora snage i motora, ne pretvarajući se u korisnu mehaničku energiju.

5. Zakon očuvanja energije

Prema zakonu očuvanja energije, električna energija koja se unese u sistem mora biti jednaka izlaznoj energiji (uključujući mehaničku i toplinsku energiju) plus bilo kakve gubitke (poput otpornih gubitaka). Aktivna snaga je deo električne energije koji se zapravo potroši i pretvara u korisni rad, dok se reaktivna snaga privremeno skladišti u magnetnim ili električnim poljima i ne direktno doprinosi korisnom radu.

6. Matematički izraz

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

Gde je:

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

• Q je reaktivna snaga, merena u volt-amper reaktivnim (VAR).

Aktivna snaga P može se izračunati koristeći sledeću formulu:

Reaktivna snaga Q može se izračunati koristeći sledeću formulu:

Ovdje, V je linijski napon, I je linijska struja, a ϕ je fazni ugao između struje i napona.

7. Sažetak

• Aktivna snaga je stvarna snaga potrošena i pretvorena u korisni rad, kao što su mehanička ili toplinska energija. Ona je povezana s otpornim elementima i može generisati mehanički rad.

• Reaktivna snaga je snaga povezana s induktivnim ili kapacitivnim elementima, oscilujući između izvora i opterećenja. Održava magnetna ili električna polja, ali ne direktno obavlja koristan rad.

Stoga, aktivna snaga je snaga koja generiše mehanički rad, dok reaktivna snaga, iako ključna za stabilnost sistema, ne direktno doprinosi obavljanju rada. Reactivna snaga podržava proces prenosa energije održavajući potrebna magnetna ili električna polja.