คุณจะพิสูจน์ได้อย่างไรว่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานจริงเป็นผู้รับผิดชอบในการทำงานเชิงกลและไม่ใช่พลังงานไฟฟ้าปฏิกิริยา

วิธีพิสูจน์ว่าพลังงานจริงคือพลังงานที่สร้างงานกลไม่ใช่พลังงานรีแอกทีฟ

เพื่อพิสูจน์ว่าพลังงานจริง (Active Power, P) คือพลังงานที่สร้างงานกลแทนที่จะเป็นพลังงานรีแอกทีฟ (Reactive Power, Q) เราสามารถตรวจสอบหลักการทางกายภาพของระบบไฟฟ้าและลักษณะของการแปลงพลังงาน ด้านล่างนี้คือคำอธิบายอย่างละเอียด:

1. คำจำกัดความของพลังงานจริงและพลังงานรีแอกทีฟ

พลังงานจริง P: พลังงานจริงหมายถึงพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในวงจร AC ซึ่งถูกแปลงเป็นงานที่มีประโยชน์ มันเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบต้านทานและแสดงถึงการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นรูปแบบอื่นของพลังงาน เช่น พลังงานความร้อนหรือพลังงานกล หน่วยของพลังงานจริงคือวัตต์ (W)

พลังงานรีแอกทีฟ Q: พลังงานรีแอกทีฟหมายถึงส่วนหนึ่งของพลังงานไฟฟ้าในวงจร AC ที่แกว่งระหว่างแหล่งกำเนิดและโหลดเนื่องจากมีองค์ประกอบเหนี่ยวนำหรือจุลภาค มันไม่ได้ทำให้งานที่มีประโยชน์โดยตรง แต่ส่งผลต่อการกระจายแรงดันและกระแสในระบบ ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบ หน่วยของพลังงานรีแอกทีฟคือโวลต์-แอมแปร์รีแอกทีฟ (VAR)

2. แฟคเตอร์กำลังและเฟสความแตกต่าง

ในวงจร AC เฟสความแตกต่างระหว่างกระแสและแรงดันกำหนดอัตราส่วนของพลังงานจริงต่อพลังงานรีแอกทีฟ แฟคเตอร์กำลัง cos(ϕ) เป็นเครื่องมือวัดความแตกต่างของเฟสนี้ โดยที่ ϕ คือมุมเฟสระหว่างกระแสและแรงดัน

เมื่อ ϕ=0 กระแสและแรงดันอยู่ในเฟสเดียวกัน และมีเฉพาะพลังงานจริงเท่านั้น ไม่มีพลังงานรีแอกทีฟ ซึ่งพบบ่อยในโหลดที่เป็นต้านทานบริสุทธิ์

เมื่อ ϕ=0 กระแสและแรงดันอยู่ในเฟสที่แตกต่างกัน ทำให้มีทั้งพลังงานจริงและพลังงานรีแอกทีฟ สำหรับโหลดเหนี่ยวนำ (เช่น มอเตอร์) กระแสช้ากว่าแรงดัน สำหรับโหลดจุลภาค กระแสเร็วกว่าแรงดัน

3. มุมมองการแปลงพลังงาน

ความหมายทางกายภาพของพลังงานจริง:

พลังงานจริงคือพลังงานที่ผ่านองค์ประกอบต้านทาน แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นรูปแบบอื่นของพลังงาน เช่น พลังงานกลหรือความร้อน ตัวอย่างเช่น ในมอเตอร์ พลังงานจริงเอาชนะแรงต้านทานของโหลด ขับเคลื่อนโรเตอร์ให้หมุนและสร้างงานกล

ขนาดของพลังงานจริงกำหนดการใช้พลังงานจริงในระบบ ทำให้มันเป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการทำงานที่มีประโยชน์

ความหมายทางกายภาพของพลังงานรีแอกทีฟ:

พลังงานรีแอกทีฟไม่ได้ทำให้งานที่มีประโยชน์โดยตรง แต่เกี่ยวข้องกับการเก็บพลังงานในสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าภายในองค์ประกอบเหนี่ยวนำหรือจุลภาค มันแกว่งระหว่างแหล่งกำเนิดและโหลดโดยไม่สร้างงานกลสุทธิ

บทบาทหลักของพลังงานรีแอกทีฟคือการรักษาระดับแรงดันในวงจรและสนับสนุนการสร้างและรักษาสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า แม้ว่ามันจะไม่ทำให้งานโดยตรง แต่มันจำเป็นสำหรับการทำงานอย่างมั่นคงของระบบ

4. ตัวอย่างด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า

โดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นตัวอย่าง ความแตกต่างระหว่างพลังงานจริงและพลังงานรีแอกทีฟจะชัดเจนขึ้น:

พลังงานจริง: พลังงานจริงในมอเตอร์ใช้เพื่อเอาชนะแรงต้านทานของโหลด ขับเคลื่อนโรเตอร์ให้หมุนและสร้างงานกล ส่วนนี้ของพลังงานสุดท้ายจะแปลงเป็นพลังงานกล ขับเคลื่อนเครื่องจักร เช่น ปั๊มหรือพัดลม

พลังงานรีแอกทีฟ: พลังงานรีแอกทีฟในมอเตอร์ใช้เพื่อสร้างและรักษาสนามแม่เหล็กระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์ สนามแม่เหล็กนี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานของมอเตอร์ แต่มันไม่ได้สร้างงานกลโดยตรง พลังงานรีแอกทีฟแกว่งระหว่างแหล่งกำเนิดและมอเตอร์ โดยไม่แปลงเป็นพลังงานกลที่มีประโยชน์

5. กฎการอนุรักษ์พลังงาน

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานไฟฟ้าที่ใส่เข้าสู่ระบบต้องเท่ากับพลังงานที่ออก (รวมถึงพลังงานกลและพลังงานความร้อน) บวกกับการสูญเสีย (เช่น การสูญเสียจากการต้านทาน) พลังงานจริงคือส่วนของพลังงานไฟฟ้าที่ถูกใช้และแปลงเป็นงานที่มีประโยชน์ ในขณะที่พลังงานรีแอกทีฟถูกเก็บไว้ชั่วคราวในสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าและไม่ได้ส่งเสริมงานที่มีประโยชน์โดยตรง

6. การแสดงทางคณิตศาสตร์

ในวงจร AC สามเฟส กำลังประจุรวม S (Apparent Power) สามารถแสดงได้เป็น:

ที่:

• P คือพลังงานจริง วัดในหน่วยวัตต์ (W)

• Q คือพลังงานรีแอกทีฟ วัดในหน่วยโวลต์-แอมแปร์รีแอกทีฟ (VAR)

พลังงานจริง P สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

พลังงานรีแอกทีฟ Q สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

ที่นี่ V คือแรงดันสาย I คือกระแสสาย และ ϕ คือมุมเฟสระหว่างกระแสและแรงดัน

7. สรุป

• พลังงานจริงคือพลังงานที่ใช้และแปลงเป็นงานที่มีประโยชน์ เช่น พลังงานกลหรือพลังงานความร้อน มันเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบต้านทานและสามารถสร้างงานกลได้

• พลังงานรีแอกทีฟคือพลังงานที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบเหนี่ยวนำหรือจุลภาค แกว่งระหว่างแหล่งกำเนิดและโหลด มันรักษาสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า แต่ไม่ได้ทำให้งานที่มีประโยชน์โดยตรง

ดังนั้น พลังงานจริงคือพลังงานที่สร้างงานกล ในขณะที่พลังงานรีแอกทีฟ แม้ว่าจะสำคัญสำหรับความมั่นคงของระบบ แต่ไม่ได้ส่งเสริมการทำงานโดยตรง พลังงานรีแอกทีฟสนับสนุนกระบวนการถ่ายโอนพลังงานโดยรักษาสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าที่จำเป็น