Czy moc bierna powoduje dodatkowe zużycie paliwa w UPS z silnikiem wysokoprężnym?

Jest to trochę kwestia teoretyczna, mało praktyczna, ale chcę po prostu zrozumieć fizykę, która się za tym kryje. Wiem, że trochę upraszczam.

W energii elektrycznej rozróżniamy moc rzeczywistą, bierną i pozorną i oczywiście chcemy, aby część bierna była niewielka, ale przy praktycznych obciążeniach rzadko tak się dzieje.

Pewnego dnia, wraz z moim kolegą, rozmawialiśmy o zasilaczu obrotowym o mocy MW o mocy MW (wersja demonstracyjna zajmuje trochę czasu) w jednym z naszych centrów danych i przyszło mi do głowy następujące pytanie, na które nie byliśmy w stanie odpowiedzieć sobie sami :

Powiedz, że obciążenie UPS powoduje nieidealny na tym UPS, powodując, że moc bierna Q > 0 jest transportowana przez linie energetyczne tam iz powrotem. Czy silnik Diesla nadal zużywałby paliwo tylko na część mocy rzeczywistej, czy też moc bierna ma również wpływ na zużycie paliwa? Teoretycznie moc bierna nie jest zużywana, ale wydaje się to dziwne, gdy moc sieci zostanie zastąpiona silnikiem Diesla. Czy w świecie mechanicznym istnieje moc bierna?$\text{cos(}\varphi\text{)}$$Q > 0$

Moc bierna nie nakładałaby dodatkowego obciążenia na wał generatora, gdyby wszystko było idealne. Jednak prawdziwe generatory mają rzeczywiste straty, przy czym niektóre z nich są proporcjonalne do kwadratu prądu. Reaktywne obciążenie powoduje więcej prądu w przewodach niż w przypadku czysto rezystancyjnego obciążenia o tej samej mocy rzeczywistej. Dodatkowy prąd powoduje utratę dodatkowej mocy rzeczywistej.

Odpowiedzią jest więc, że silnik zobaczy nieco wyższe obciążenie, a zatem zużyje nieco więcej paliwa. Wynika to z większej nieefektywności i strat w systemie, brak mocy biernej powoduje, że generator trudniej się obraca.

Dodany:

Powinienem był o tym wspomnieć wcześniej, ale jakoś wtedy to przeszło mi przez myśl.

Reaktywne obciążenie idealnego generatora nie wymaga większej mocy wału uśrednionej w cyklu, ale dodaje „wstrząsów” do momentu obrotowego. Jedną z cech trójfazowego generatora prądu przemiennego jest to, że moment obrotowy jest stały w cyklu z obciążeniem rezystancyjnym. Jednak przy obciążeniu reaktywnym części cyklu będą wymagały więcej mocy, a inne mniej. Średnia moc jest nadal taka sama, ale ciągłe popychanie do przodu i do tyłu w stosunku do średniego momentu obrotowego może powodować niepożądane naprężenia mechaniczne i wibracje.

Możesz myśleć o tym trochę jak o przesuwanie dwóch magnesów obok siebie. Powiedzmy, że są nastawieni na odpychanie. Z daleka siła jest niewielka. Musisz zastosować siłę, aby zbliżyć je do siebie, co oznacza, że ​​wkładasz energię do systemu. Magnesy przesuwają się w kierunku ruchu, gdy się oddalają, zapewniając w ten sposób energię, którą wkładasz wcześniej. Zużyta energia netto wynosi 0, ale zdecydowanie był przepływ energii tam iz powrotem. Zawsze występuje pewna strata, ponieważ energia jest przemieszczana dookoła lub przetwarzana tam iz powrotem w prawdziwych systemach.

Ponownie, sama moc bierna nie powoduje problemu, ale prawdziwa moc jest tracona, ponieważ energii nie można przesuwać i przetwarzać z doskonałą wydajnością. Tę rzeczywistą utratę mocy należy zrekompensować większą rzeczywistą mocą wejściową. Ponadto dodatkowe siły mechaniczne mogą zmniejszyć żywotność generatora i napędzającego go silnika.

Jak Olin Lathrop odpowiedział na twoje pierwsze pytanie.

Czy w świecie mechanicznym istnieje moc bierna?

W układzie mechanicznym istnieje moc bierna. Ale nie ma prostego sposobu na wyjaśnienie tego bez przejścia w prosty ruch harmoniczny.

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

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

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

$\alpha$

$F \cos(\alpha)$

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

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

Ale osoba, która na to spojrzy, pomyśli, że przykładam siłę „F” i porusza się ona z prędkością „v”, więc moc powinna wynosić Fv, ale z powodu różnicy zdań nie. Dzieje się tak również z watomierzem. Ponieważ nie zlicza różnicy fraz między prądem a napięciem, a także w powyższym mechanicznym przykładzie nie liczy kierunku siły względem kierunku ruchu.

Czysty reaktywny składnik mocy nie zużywa dodatkowego paliwa.

Przepływ energii składnika reaktywnego będzie zmieniać kierunek, utrzymując uśrednione zero. Gdy przepływ energii jest skierowany do tyłu, moment obrotowy przyłożony do wału generatora zmniejszy się (o kilka milisekund co kilka milisekund), ponieważ generator będzie działał trochę jak silnik, ale pozostanie głównie generatorem.

Część spalania w maszynie zobaczy uśrednione obciążenie równe tylko części czynnej. Powiedz, że jeśli funkcją trasy podawania paliwa jest utrzymanie stałej prędkości, wówczas zmiany momentu obrotowego (obciążenia) zostaną odzwierciedlone w ilości paliwa. Większy moment obrotowy oznacza więcej paliwa, więcej mocy czynnej zużywanej przy tej samej prędkości.

Eksperyment na małą skalę polega na obracaniu palcami wału silnika prądu przemiennego z magnesami trwałymi po jego odłączeniu. Następnie podłącz kondensator i porównaj.

Jak wspomniano powyżej, wymagany moment obrotowy dla zrównoważonego 3-fazowego obciążenia biernego jest stały i zerowy. Ukrywa to fakt, że przez połowę każdego cyklu każde obciążenie bierne wypycha energię z powrotem do fazy / faz, które są / przyjmują energię.

Jeśli obciążenie bierne nie jest zrównoważone, energia jest ponownie przekazywana do generatora. Nie można odzyskać energii chemicznej, a część tej energii dostarczonej z powrotem do generatora jest tracona, ale część energii jest zawracana do obracającej się energii kinetycznej generatora. Co powoduje, że generator obraca się szybciej, wolniej, szybciej, wolniej itp. Mały generator nie ma dużo obrotowej energii kinetycznej, więc większość tej energii jest tracona, a to po prostu powoduje obciążenie systemu.

Ukryty jest również fakt, że jeśli generator obraca się szybciej, więcej energii trafia do obciążeń pojemnościowych, a energia wychodzi z obciążenia indukcyjnego.

W przypadku bardzo dużego zestawu generatora ze znaczną zmagazynowaną energią zwrot energii biernej z sieci indukcyjnej może spowodować wzrost częstotliwości transmisji i ostatecznie spowodować niestabilność całego układu (wyższa częstotliwość, bardziej reaktywny powrót, wyższa częstotliwość, bardziej reaktywny powrót , generator obraca się poza kontrolą i samozniszczenia). Z tego powodu sieci elektroenergetyczne są zaprojektowane do pracy z niewielkim obciążeniem pojemnościowym - nawet jeśli zwiększa to prądy szczytowe i zmniejsza wydajność sieci.

Wracając do pierwotnego pytania, gdy zespół generatora obraca się w górę, wylewa energię do wszystkich dołączonych obciążeń biernych, nawet zrównoważonych, w miarę wzrostu napięcia. Może to być małe, ale tak naprawdę nie można odzyskać tej energii. Po odłączeniu generatora nie odzyskujesz energii chemicznej z powrotem.

Myślałem, że generatory wytwarzają energię elektryczną, która jest w KVA. Z tej wytworzonej energii KVA pierwsza część kvar zostanie wykorzystana przez obciążenie indukcyjne, aby utrzymać sprzęt magnetycznie naładowany, a druga część kw zostanie wykorzystana do wytworzenia momentu obrotowego, który byłby zależny od obciążenia. Przy wyższych obciążeniach Kvar jest nieznaczny w porównaniu do KW. Ale generator musi go produkować. Jeśli czysta cewka indukcyjna jest podłączona do obciążenia, generator będzie generował tylko składnik Kvar w funtach, a zużycie paliwa będzie większe niż brak obciążenia