Công suất phản kháng có gây ra việc sử dụng nhiên liệu thêm trong UPS Diesel không?

Đó là một chút của một lý thuyết, ít sử dụng thực tế, nhưng tôi chỉ muốn hiểu vật lý đằng sau nó. Tôi biết rằng tôi đang đơn giản hóa mọi thứ khá nhiều.

Trong năng lượng điện, chúng tôi phân biệt công suất Real, Reactive và Rõ ràng và tất nhiên chúng tôi muốn phần phản ứng nhỏ, nhưng với tải thực tế thì điều này hiếm khi xảy ra.

Vào một ngày khác, một đồng nghiệp của tôi và tôi, đang thảo luận về một UPS Diesel Diesel nhiều MW (bản demo mất một lúc để tải) ở một trong những trung tâm dữ liệu của chúng tôi và câu hỏi sau đây xuất hiện, chúng tôi không thể tự trả lời :

Giả sử tải trên UPS gây ra không lý tưởng trên UPS đó, khiến Công suất phản kháng được vận chuyển qua các đường dây điện qua lại. Động cơ Diesel vẫn sẽ sử dụng nhiên liệu chỉ cho phần năng lượng thực hay Công suất phản kháng cũng có tác động đến mức tiêu thụ nhiên liệu? Công suất phản kháng về mặt lý thuyết không được tiêu thụ, nhưng cảm giác thật kỳ lạ khi năng lượng lưới được thay thế bằng động cơ Diesel. Liệu công suất phản kháng có tồn tại trong thế giới cơ học?$\text{cos(}\varphi\text{)}$$Q > 0$

Công suất phản kháng sẽ không tải thêm vào trục máy phát nếu mọi thứ đều hoàn hảo. Tuy nhiên, máy phát điện thực sự có tổn thất thực sự, với một số tỷ lệ tương ứng với bình phương của hiện tại. Tải phản ứng gây ra dòng điện trong dây nhiều hơn so với tải thuần trở có cùng công suất thực. Dòng điện thêm làm cho sức mạnh thực sự bổ sung bị mất.

Vì vậy, câu trả lời là động cơ sẽ thấy tải cao hơn một chút và do đó sử dụng nhiên liệu nhiều hơn một chút. Điều này là do hệ thống không hiệu quả và tổn thất nhiều hơn trong hệ thống, chính việc không có công suất phản kháng làm cho máy phát điện khó quay hơn.

Thêm:

Đáng lẽ tôi nên đề cập đến điều này trước đây, nhưng bằng cách nào đó nó đã trượt qua tâm trí tôi lúc đó.

Một tải phản ứng trên một máy phát hoàn hảo không đòi hỏi nhiều công suất trục trung bình hơn trong một chu kỳ, nhưng nó lại thêm "va chạm" vào mô-men xoắn. Một thuộc tính của máy phát điện xoay chiều 3 pha là mô-men xoắn không đổi trong một chu kỳ với tải điện trở. Tuy nhiên, với một phần tải phản ứng của chu trình sẽ cần nhiều năng lượng hơn và các phần khác ít hơn. Công suất trung bình vẫn như nhau, nhưng việc đẩy liên tục về phía trước và lùi so với mô-men xoắn trung bình có thể gây ra các ứng suất và rung động cơ học không mong muốn.

Bạn có thể nghĩ về điều này một chút giống như di chuyển hai nam châm qua nhau. Hãy nói rằng họ được định hướng để đẩy lùi. Ở một khoảng cách có rất ít lực. Bạn phải tác dụng lực để di chuyển chúng lại gần nhau, nghĩa là bạn đưa năng lượng vào hệ thống. Các nam châm đẩy theo hướng chuyển động khi chúng di chuyển ra xa, do đó cung cấp cho bạn năng lượng bạn đưa vào trước đó. Năng lượng ròng đã sử dụng là 0, nhưng chắc chắn có dòng năng lượng chảy qua lại. Luôn luôn có một số mất mát khi năng lượng được di chuyển xung quanh hoặc chuyển đổi qua lại trong các hệ thống thực.

Một lần nữa, chính công suất phản kháng không gây ra vấn đề, nhưng sức mạnh thực sự bị mất vì năng lượng không thể được di chuyển và chuyển đổi với hiệu quả hoàn hảo. Mất điện thực sự này phải được thực hiện với đầu vào năng lượng thực hơn. Ngoài ra, các lực cơ học thêm có thể làm giảm tuổi thọ của máy phát và động cơ điều khiển nó.

Giống như Olin Lathrop đã trả lời câu hỏi đầu tiên của bạn.

Liệu công suất phản kháng có tồn tại trong thế giới cơ học?

Trong hệ thống cơ, công suất phản kháng không tồn tại. Nhưng không có cách đơn giản để giải thích điều này mà không đi vào chuyển động điều hòa đơn giản.

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

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

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

$\alpha$

$F \cos(\alpha)$

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

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

Nhưng một người nhìn vào điều này sẽ nghĩ rằng tôi đang áp dụng một lực 'F' và nó đang di chuyển với tốc độ 'v' nên sức mạnh phải là Fv, nhưng vì sự khác biệt về cụm từ nên nó sẽ không xảy ra. Điều này cũng xảy ra với đồng hồ watt của bạn. Bởi vì nó không tính sự khác biệt cụm từ giữa dòng điện và điện áp, cũng như trong ví dụ cơ học ở trên, nó không tính hướng của lực so với hướng của chuyển động.

Thành phần phản ứng tinh khiết của năng lượng sẽ không tiêu thụ thêm nhiên liệu.

Dòng năng lượng của thành phần phản ứng sẽ tiếp tục thay đổi hướng duy trì trung bình bằng không. Khi dòng năng lượng được hướng ngược lại, mô-men xoắn áp dụng cho trục máy phát sẽ giảm (trong vài mili giây cứ sau vài mili giây), bởi vì máy phát sẽ hoạt động giống như một động cơ nhỏ, nhưng chủ yếu là máy phát điện.

Bộ phận đốt của máy sẽ chỉ thấy tải trung bình chỉ bằng thành phần hoạt động. Nói nếu chức năng của tuyến cung cấp nhiên liệu là duy trì vận tốc không đổi, thì các biến thể của mô-men xoắn (tải) sẽ được nhân đôi về lượng nhiên liệu. Nhiều mô-men xoắn hơn, có nghĩa là nhiều nhiên liệu hơn, tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, với cùng vận tốc.

Thí nghiệm quy mô nhỏ là biến trục động cơ AC nam châm vĩnh cửu bằng ngón tay khi nó bị ngắt kết nối. Sau đó kết nối tụ điện và so sánh.

Như đã lưu ý ở trên, mô-men xoắn cần thiết cho tải phản ứng 3 pha cân bằng là không đổi và bằng không. Điều này che giấu thực tế rằng trong một nửa mỗi chu kỳ, mỗi tải phản ứng đang đẩy năng lượng trở lại pha / pha đang / đang chấp nhận năng lượng.

Nếu tải phản ứng không cân bằng, năng lượng được đưa trở lại vào máy phát. Bạn không thể phục hồi năng lượng hóa học và một phần năng lượng đó được cung cấp lại cho máy phát điện bị mất, nhưng một phần năng lượng được đưa trở lại thành động năng quay của máy phát. Điều này làm cho máy phát quay nhanh hơn, chậm hơn, chậm hơn, chậm hơn v.v ... Một máy phát nhỏ không có nhiều động năng quay, do đó phần lớn năng lượng này bị mất và nó chỉ gây căng thẳng cho hệ thống.

Cũng ẩn giấu là thực tế là nếu máy phát quay nhanh hơn, nhiều năng lượng hơn sẽ đi vào Tải điện dung và năng lượng phát ra từ Tải cảm ứng.

Đối với một bộ máy phát rất lớn, với năng lượng dự trữ đáng kể, sự trở lại của năng lượng phản ứng từ mạng Cảm ứng có thể làm cho tần số truyền tăng lên, và cuối cùng làm cho toàn bộ hệ thống không ổn định (tần số cao hơn, trở lại phản ứng nhiều hơn, tần số cao hơn, trở lại phản ứng nhiều hơn , máy phát điện vượt khỏi tầm kiểm soát và tự hủy). Vì lý do này, lưới điện được thiết kế để hoạt động với tải điện dung nhẹ - mặc dù điều này làm tăng dòng điện cực đại và làm giảm hiệu suất lưới điện.

Quay trở lại câu hỏi ban đầu của bạn, khi máy phát điện quay tròn, nó sẽ đổ năng lượng vào tất cả các tải phản ứng kèm theo, ngay cả những cái cân bằng, khi điện áp xuất hiện. Có thể nhỏ, nhưng bạn thực sự không thể lấy lại năng lượng đó. Khi bạn tháo máy phát điện, bạn không lấy lại được năng lượng hóa học.

Tôi nghĩ rằng máy phát điện tạo ra năng lượng điện trong KVA. Trong phần năng lượng KVA được tạo ra này, phần đầu tiên kvar sẽ được sử dụng bởi tải cảm ứng để giữ cho thiết bị được tích điện từ và phần thứ hai kw sẽ được sử dụng để tạo ra mô-men xoắn phụ thuộc vào tải. Ở tải cao hơn kvar là không đáng kể so với kw. Nhưng máy phát điện vẫn phải sản xuất nó. Nếu một cuộn dây cảm ứng thuần túy được kết nối với tải, máy phát sẽ chỉ tạo ra thành phần kvar tính bằng lbs & mức tiêu thụ nhiên liệu sẽ nhiều hơn không tải