Чи викликає реактивну потужність додаткове використання палива в ДБЖ?

Це трохи теоретична річ, мало практичного використання, але я просто хочу зрозуміти фізику, що стоїть за нею. Я усвідомлюю, що я трохи спрощую речі.

У електроенергії ми розрізняємо реальні, реактивні та видимі потужності, і, звичайно, хочемо, щоб реактивна частина була невеликою, але при практичних навантаженнях це рідко.

Днями мій колега і я обговорювали багатомільцеву потужність ротаційного дизельного ДБЖ (демонстрація потребує певного часу для завантаження) в одному з наших центрів обробки даних, і на думку з’явилося наступне питання, на яке ми не змогли відповісти самі :

Скажіть, що навантаження на ДБЖ спричиняє неідеальний на цьому ДБЖ, внаслідок чого реактивна потужність переноситься по лінії електропередач назад і назад. Чи все-таки дизельний двигун все ще використовуватиме паливо лише для реальної частини енергії чи реактивна потужність впливатиме і на споживання палива? Теоретично реактивна потужність не споживається, але це дивно, коли потужність сітки замінюється дизельним двигуном. Чи реактивна потужність існує в механічному світі?Q > $\text{cos(}\varphi\text{)}$$Q > 0$

Реактивна потужність не створювала б додаткового навантаження на вал генератора, якби все було ідеально. Однак реальні генератори мають реальні втрати, причому деякі з них пропорційні квадрату струму. Реактивне навантаження викликає більше струму в проводах, ніж було б при чистому резистивному навантаженні тієї ж реальної потужності. Додатковий струм призводить до втрати додаткової реальної потужності.

Тож відповідь полягає в тому, що двигун побачить дещо більшу навантаження і тому використовувати трохи більше палива. Це через більшу неефективність та втрати в системі, а не реактивна потужність сама по собі робить генератор важче повернути.

Додано:

Я мав би згадувати про це раніше, але якимось чином проскочив через мою думку.

Реактивне навантаження на ідеальний генератор не вимагає більшої потужності валу в середньому за цикл, але це додає "ударів" крутного моменту. Одним з атрибутів трифазного генератора змінного струму є те, що крутний момент є постійним протягом циклу з резистивним навантаженням. Однак при реактивному навантаженні частини циклу потребують більшої потужності, а інші частини менше. Середня потужність все одно однакова, але постійне натискання вперед і назад відносно середнього крутного моменту може спричинити небажані механічні напруги та вібрації.

Ви можете подумати про це трохи як просування двох магнітів повз один одного. Скажімо, вони орієнтовані на відштовхування. На відстані мало сил. Ви повинні застосувати силу, щоб перемістити їх близько один до одного, це означає, що ви вкладаєте енергію в систему. Магніти натискають у напрямку руху, коли вони віддаляються, тим самим повертаючи енергію, яку ви вклали раніше. Чиста витрачена енергія дорівнює 0, але безумовно був потік енергії туди і назад. Завжди є певні втрати, коли енергія переміщується або перетворюється вперед і назад в реальних системах.

Знову ж таки, реактивна потужність сама по собі не викликає проблеми, але реальна потужність втрачається, оскільки енергію неможливо перемістити і перетворити з ідеальною ефективністю. Ця реальна втрата потужності повинна компенсуватися більш реальним входом живлення. Крім того, додаткові механічні сили можуть скоротити термін експлуатації генератора та двигуна, що його працює.

Як і Олін Летроп, відповів на ваше перше запитання.

Чи реактивна потужність існує в механічному світі?

У механічній системі реактивна потужність існує. Але немає простого способу пояснити це, не вдаючись у простий гармонійний рух.

$\omega$$R \cos (\omega)$$R \sin (\omega)$

$x= R \cos (\omega t)$

$y =R \sin (\omega t)$

$\alpha$

$F \cos(\alpha)$

$= F \cos(\alpha ) v = F \cos (\alpha ) \omega R$

$= F \sin (\alpha) 0 = 0$

Але людина, яка дивиться на це, подумає, що я застосовую силу 'F' і рухається зі швидкістю 'v', тому сила повинна бути Fv, але через різницю фрази це не стане. Це трапилося і з вашим ватметром. Оскільки він не враховує різницю фрази між струмом і напругою, а також у наведеному вище механічному прикладі не враховує напрям сили проти напрямку руху.

Чисто реактивна складова потужності не буде витрачати зайве паливо.

Потік енергії реактивного компонента буде змінювати напрямок, зберігаючи усереднений нуль. Коли потік енергії буде спрямований назад, крутний момент, застосований до валу генератора, зменшиться (протягом декількох мілісекунд кожні кілька мілісекунд), тому що генератор буде діяти крихітно, як мотор, але залишаючись переважно генератором.

Частина згоряння машини буде бачити усереднене навантаження, рівне лише активному компоненту. Скажіть, якщо функцією маршруту подачі палива є підтримка постійної швидкості, то зміни крутного моменту (навантаження) будуть відображатися в кількості палива. Більше крутного моменту, означає більше палива, більше споживаної активної потужності, з однаковою швидкістю.

Невеликий експеримент полягає в тому, щоб повернути вал двигуна постійного магніту змінного струму пальцями, коли він від'єднаний. Потім підключіть конденсатор і порівняйте.

Як зазначалося вище, крутний момент, необхідний для врівноваженого трифазного реактивного навантаження, є постійним і дорівнює нулю. Це приховує той факт, що протягом половини циклу кожне реактивне навантаження відштовхує силу назад у фазу / фази, які є / приймають енергію.

Якщо реактивне навантаження не збалансоване, енергія подається назад в генератор. Ви не можете відновити хімічну енергію, і частина цієї енергії, що надходить назад в генератор, втрачається, але частина енергії повертається в обертову кінетичну енергію генератора. Це змушує генератор повертатися швидше - повільніше - швидше - повільніше і т. Д. Маленький генератор не має багато кінетичної енергії, що обертається, тому більша частина цієї енергії втрачається, і це просто підкреслює систему.

Також приховано той факт, що якщо генератор крутиться швидше, більше енергії переходить у ємнісні навантаження, а енергія виходить індуктивним навантаженням.

Для дуже великого генераторного набору, що має значну накопичену енергію, повернення реактивної енергії з індуктивної мережі може призвести до збільшення частоти передачі і в підсумку зробити всю систему нестабільною (більш висока частота, більш реактивне повернення, більша частота, більш реактивне повернення , генератор виходить з-під контролю та саморуйнується). З цієї причини електромережі розроблені для роботи з незначно ємнісним навантаженням, хоча це збільшує пікові струми і знижує ефективність мережі.

Повертаючись до свого первинного питання, коли генератор накручується, він вливає енергію у всі приєднані реактивні навантаження, навіть врівноважені, коли напруга піднімається. Це може бути мало, але ви не можете реально повернути цю енергію. Коли ви від'єднуєте генератор, ви більше не повернете хімічну енергію.

Я думав, що генератори генерують електричну енергію, яка знаходиться в квазі. З цієї генерованої енергії КВА перша частина квар буде використовуватися індуктивним навантаженням для збереження обладнання магнітно зарядженим, а друга частина кВт буде використана для отримання крутного моменту, який залежатиме від навантаження. При більших навантаженнях квар незначний порівняно з кВт. Але генератору все одно доводиться його виробляти. Якщо до навантаження підключити чисту індуктивну котушку, генератор генерує лише компонент квар у фунтах, а витрата палива буде більше, ніж без навантаження