Вызывает ли реактивная мощность дополнительное потребление топлива в дизельном ИБП?

Это немного теоретическая вещь, мало практического применения, но я просто хочу понять физику, стоящую за ней. Я знаю, что я немного упрощаю вещи.

В электроэнергетике мы различаем реальную, реактивную и кажущуюся мощность, и, конечно, мы хотим, чтобы реактивная часть была небольшой, но при практических нагрузках это происходит редко.

На днях мой коллега и я обсуждали многополюсный роторный дизельный ИБП (демонстрация занимает некоторое время для загрузки) в одном из наших центров обработки данных, и на ум пришел следующий вопрос, на который мы не смогли ответить сами :

Скажем, что нагрузка на ИБП вызывает неидеальный на этом ИБП, в результате чего реактивная мощность транспортируется по линиям электропередачи туда и обратно. Будет ли дизельный двигатель по-прежнему использовать топливо только для реальной мощности, или реактивная мощность также влияет на расход топлива? Теоретически реактивная мощность не потребляется, но это кажется странным, когда мощность энергосистемы заменяется дизельным двигателем. Реактивная сила существует в механическом мире?Q > $\text{cos(}\varphi\text{)}$$Q > 0$

Реактивная мощность не создаст дополнительной нагрузки на вал генератора, если все будет идеально. Однако реальные генераторы несут реальные потери, причем некоторые из них пропорциональны квадрату тока. Реактивная нагрузка вызывает больший ток в проводах, чем при чисто резистивной нагрузке той же реальной мощности. Дополнительный ток приводит к потере дополнительной реальной мощности.

Таким образом, ответ заключается в том, что двигатель увидит несколько более высокую нагрузку и, следовательно, будет использовать немного больше топлива. Это из-за большей неэффективности и потерь в системе, а не реактивная мощность сама по себе делает генератор более сложным для поворота.

Добавлено:

Я должен был упомянуть об этом раньше, но каким-то образом это ускользнуло из головы.

Реактивная нагрузка на идеальный генератор не требует увеличения мощности на валу, усредненной за цикл, но она добавляет «удары» к крутящему моменту. Одним из признаков 3-фазного генератора переменного тока является то, что крутящий момент постоянен в течение цикла с активной нагрузкой. Однако при реактивной нагрузке части цикла потребуют больше энергии, а другие - меньше. Средняя мощность остается неизменной, но постоянное движение вперед и назад относительно среднего крутящего момента может вызывать нежелательные механические напряжения и вибрации.

Вы можете думать об этом как о перемещении двух магнитов друг за другом. Допустим, они ориентированы на отталкивание. На расстоянии мало силы. Вы должны приложить силу, чтобы приблизить их друг к другу, что означает, что вы вкладываете энергию в систему. Магниты толкаются в направлении движения, когда они удаляются, тем самым возвращая вам энергию, которую вы вложили ранее. Чистая затраченная энергия равна 0, но поток энергии туда и обратно определенно был. Всегда есть некоторая потеря, поскольку энергия перемещается или преобразуется назад и вперед в реальных системах.

Опять же, реактивная мощность сама по себе не вызывает проблемы, но реальная мощность теряется, потому что энергию нельзя перемещать и преобразовывать с идеальной эффективностью. Эта реальная потеря мощности должна быть компенсирована более реальной потребляемой мощностью. Кроме того, дополнительные механические силы могут уменьшить срок службы генератора и двигателя, приводящего его в действие.

Как Олин Латроп ответил на ваш первый вопрос.

Реактивная сила существует в механическом мире?

В механической системе реактивная мощность существует. Но не существует простого способа объяснить это, не вдаваясь в простые гармонические движения.

Просто представьте, что объект М был прикреплен к струне, и вы благодаря центробежной силе движетесь по круговой орбите. Предположим, что его угловая скорость равна и вы можете описать это x проецируемое уравнение движения как а y проецируемое движение как .R cos ( ω ) R sin ( ω $\omega$$R \cos (\omega)$$R \sin (\omega)$

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

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

И вам нужно ускорить его, поэтому вам нужно подать ему некоторую мощность. Предположим, вы подаете на него силу F, такую ​​как F lags от текущего угла.$\alpha$

[см. рисунок]. Таким образом, компонент F, параллельный его линейной скорости, будет иметь только некоторую активную мощность. Который есть ,$F \cos(\alpha)$

поэтому активная мощность$= F \cos(\alpha ) v = F \cos (\alpha ) \omega R$

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

Но человек, который смотрит на это, подумает, что я применяю силу «F», и она движется со скоростью «v», поэтому мощность должна быть Fv, но из-за различий во фразе это не так. Это случилось и с твоим ваттметром. Поскольку он не учитывает разницу фраз между током и напряжением, как и в приведенном выше механическом примере, он не учитывает направление силы против направления движения.

Чистая реактивная составляющая мощности не потребляет лишнего топлива.

Поток энергии реактивной составляющей будет постоянно меняться, поддерживая усредненный ноль. Когда поток энергии направлен назад, крутящий момент, приложенный к валу генератора, будет уменьшаться (на несколько миллисекунд каждые несколько миллисекунд), потому что генератор будет действовать чуть-чуть как двигатель, но в основном останется генератором.

Часть сгорания машины будет видеть усредненную нагрузку, равную только активному компоненту. Скажем, если функция маршрута подачи топлива заключается в поддержании постоянной скорости, то изменения крутящего момента (нагрузки) будут отражаться в количестве топлива. Чем больше крутящий момент, тем больше топлива, больше потребляемой активной мощности при той же скорости.

Небольшой эксперимент состоит в том, чтобы повернуть вал двигателя переменного тока с постоянными магнитами пальцами, когда он отсоединен. Затем подключите конденсатор и сравните.

Как отмечено выше, крутящий момент, необходимый для сбалансированной 3-фазной реактивной нагрузки, постоянен и равен нулю. Это скрывает тот факт, что для половины каждого цикла каждая реактивная нагрузка отдает мощность обратно в фазу / фазы, которые / принимают энергию.

Если реактивная нагрузка не сбалансирована, энергия подается обратно в генератор. Вы не можете восстановить химическую энергию, и часть этой энергии, поступающей обратно в генератор, теряется, но часть энергии возвращается во вращающуюся кинетическую энергию генератора. Что заставляет генератор вращаться быстрее, медленнее, быстрее, медленнее и т. Д. Маленький генератор не обладает большой вращающей кинетической энергией, поэтому большая часть этой энергии теряется, и он просто воздействует на систему.

Также скрыт тот факт, что если генератор вращается быстрее, больше энергии уходит на емкостную нагрузку, а энергия исходит от индуктивных нагрузок.

Для очень большой генераторной установки со значительным запасом энергии возврат реактивной энергии из индуктивной сети может привести к увеличению частоты передачи и в конечном итоге сделать систему нестабильной (более высокая частота, более реактивный возврат, более высокая частота, более реактивный возврат) генератор выходит из-под контроля и самоуничтожается). По этой причине электрические сети предназначены для работы с небольшой емкостной нагрузкой - даже если это увеличивает пиковые токи и снижает эффективность сети.

Возвращаясь к вашему первоначальному вопросу, поскольку генераторная установка вращается, она выливает энергию во все подключенные реактивные нагрузки, даже сбалансированные, по мере повышения напряжения. Может быть, маленький, но вы не можете вернуть эту энергию обратно. Когда вы отсоединяете генератор, вы больше не получаете химическую энергию.

Я думал, что генераторы генерируют электрическую энергию, которая находится в КВА. Из этой генерируемой энергии KVA первая часть kvar будет использоваться индуктивной нагрузкой для поддержания магнитного заряда оборудования, а вторая часть kw будет использоваться для создания крутящего момента, который будет зависеть от нагрузки. При более высоких нагрузках kvar незначительна по сравнению с kw. Но все же генератор должен производить это. Если к нагрузке подключена чисто индуктивная катушка, генератор будет генерировать только компонент kvar в фунтах, а расход топлива будет больше, чем без нагрузки