Apakah daya reaktif menyebabkan penggunaan bahan bakar ekstra dalam UPS Diesel?

Ini sedikit hal teoretis, sedikit penggunaan praktis, tetapi saya hanya ingin memahami fisika di baliknya. Saya sadar bahwa saya menyederhanakan banyak hal.

Dalam tenaga listrik, kami membedakan daya Nyata, Reaktif, dan Jelas, dan tentu saja kami ingin bagian reaktifnya kecil, tetapi dengan beban praktis hal ini jarang terjadi.

Suatu hari, seorang rekan saya dan saya, sedang mendiskusikan Rotary Diesel UPS multi-MW (demo membutuhkan waktu untuk memuat) di salah satu pusat data kami dan pertanyaan berikut muncul di benak, yang kami tidak dapat jawab sendiri :

Katakan bahwa beban pada UPS menyebabkan yang tidak ideal pada UPS itu, menyebabkan Daya Reaktif diangkut melalui saluran listrik bolak-balik. Apakah mesin diesel masih menggunakan bahan bakar hanya untuk bagian daya nyata atau apakah daya reaktif berdampak pada konsumsi bahan bakar juga? Secara teoretis daya reaktif tidak dikonsumsi, tetapi rasanya aneh begitu tenaga jaringan diganti oleh mesin Diesel. Apakah kekuatan Reaktif ada di dunia mekanik?Q > $\text{cos(}\varphi\text{)}$$Q > 0$

Daya reaktif tidak akan menambah beban pada poros generator jika semuanya sempurna. Namun, generator nyata memiliki kerugian nyata, dengan beberapa yang sebanding dengan kuadrat arus. Beban reaktif menyebabkan lebih banyak arus di kabel dibandingkan dengan beban resistif murni dari kekuatan nyata yang sama. Arus ekstra menyebabkan daya nyata tambahan hilang.

Jadi jawabannya adalah bahwa mesin akan melihat beban yang agak lebih tinggi dan karenanya menggunakan bahan bakar sedikit lebih banyak. Ini karena lebih banyak inefisiensi dan kerugian dalam sistem, daya yang tidak reaktif itu sendiri membuat generator lebih sulit untuk berputar.

Ditambahkan:

Saya seharusnya menyebutkan ini sebelumnya, tetapi entah bagaimana itu menyelinap melalui pikiran saya pada saat itu.

Beban reaktif pada generator yang sempurna tidak memerlukan lebih banyak daya poros rata-rata selama satu siklus, tetapi menambah "benjolan" pada torsi. Salah satu atribut generator AC 3 fase adalah torsi konstan pada suatu siklus dengan beban resistif. Namun, dengan beban reaktif bagian-bagian dari siklus akan membutuhkan lebih banyak daya dan bagian lain lebih sedikit. Tenaga rata-rata masih sama, tetapi dorongan yang konstan ke depan dan ke belakang relatif terhadap torsi rata-rata dapat menyebabkan tekanan dan getaran mekanis yang tidak diinginkan.

Anda bisa memikirkan ini sedikit seperti memindahkan dua magnet melewati satu sama lain. Katakanlah mereka berorientasi untuk menolak. Di kejauhan ada sedikit kekuatan. Anda harus menerapkan kekuatan untuk mendekatkan keduanya, yang berarti Anda memasukkan energi ke dalam sistem. Magnet mendorong ke arah gerakan saat bergerak menjauh, sehingga memberi Anda kembali energi yang Anda masukkan sebelumnya. Energi bersih yang dihabiskan adalah 0, tetapi pasti ada aliran energi bolak-balik. Selalu ada beberapa kerugian karena energi digerakkan atau diubah bolak-balik dalam sistem nyata.

Sekali lagi, daya reaktif itu sendiri tidak menyebabkan masalah, tetapi daya nyata hilang karena energi tidak dapat digerakkan dan dikonversi dengan efisiensi sempurna. Kehilangan daya nyata ini harus dibuat dengan input daya yang lebih nyata. Selain itu, kekuatan mekanik tambahan dapat mengurangi umur generator dan mesin yang mengendarainya.

Seperti Olin Lathrop yang menjawab pertanyaan pertama Anda.

Apakah kekuatan Reaktif ada di dunia mekanik?

Dalam sistem mekanis, daya reaktif memang ada. Tetapi tidak ada cara sederhana untuk menjelaskan ini tanpa pergi ke gerak harmonik sederhana.

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

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

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

$\alpha$

$F \cos(\alpha)$

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

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

Tetapi orang yang melihat ini akan berpikir bahwa saya menerapkan gaya 'F' dan bergerak dalam kecepatan 'v' jadi kekuatannya harus Fv, tetapi karena perbedaan frasa tidak. Ini juga terjadi pada watt meter Anda. Karena tidak menghitung perbedaan frasa antara arus dan tegangan, serta dalam contoh mekanis di atas, ia tidak menghitung arah gaya vs arah gerak.

Komponen daya reaktif murni tidak akan mengkonsumsi bahan bakar tambahan.

Aliran energi komponen reaktif akan terus berubah arah dengan mempertahankan rata-rata nol. Ketika aliran energi diarahkan ke belakang, torsi yang diterapkan ke poros generator akan berkurang (untuk beberapa milidetik setiap beberapa milidetik), karena generator akan bertindak sedikit seperti motor, tetapi sebagian besar tetap berada di generator.

Bagian pembakaran mesin akan melihat beban rata-rata sama dengan komponen aktif saja. Katakanlah jika fungsi rute pasokan bahan bakar adalah untuk mempertahankan kecepatan konstan, maka variasi torsi (beban) akan tercermin dalam jumlah bahan bakar. Lebih banyak torsi, berarti lebih banyak bahan bakar, lebih banyak daya aktif yang dikonsumsi, dengan kecepatan yang sama.

Eksperimen skala kecil adalah memutar poros motor AC magnet permanen dengan jari-jari ketika terputus. Kemudian hubungkan kapasitor dan bandingkan.

Seperti disebutkan di atas, torsi yang diperlukan untuk beban reaktif 3 fase seimbang adalah konstan dan nol. Ini menyembunyikan fakta bahwa untuk setengah setiap siklus, setiap beban reaktif mendorong daya kembali ke fase / fase yang menerima energi.

Jika beban reaktif tidak seimbang, energi dimasukkan kembali ke generator. Anda tidak dapat memulihkan energi kimia, dan sebagian dari energi yang dimasukkan kembali ke dalam generator hilang, tetapi sebagian dari energi tersebut dimasukkan kembali ke dalam memutar energi kinetik dari generator. Yang membuat generator berputar lebih cepat, lebih lambat, lebih cepat, dll. Generator kecil tidak memiliki banyak energi kinetik yang berputar, sehingga sebagian besar energi ini hilang, dan itu hanya menekankan sistem.

Juga tersembunyi adalah kenyataan bahwa jika generator berputar lebih cepat, lebih banyak energi masuk ke Beban Kapasitif, dan energi keluar beban induktif.

Untuk genset yang sangat besar, dengan energi tersimpan yang signifikan, kembalinya energi reaktif dari jaringan Induktif dapat menyebabkan frekuensi transmisi meningkat, dan akhirnya membuat seluruh sistem tidak stabil (frekuensi lebih tinggi, pengembalian lebih reaktif, frekuensi lebih tinggi, pengembalian lebih reaktif , generator berputar di luar kendali dan merusak diri sendiri). Karena alasan ini, jaringan listrik dirancang untuk beroperasi dengan beban kapasitif yang sedikit - walaupun ini meningkatkan arus puncak dan mengurangi efisiensi jaringan.

Kembali ke pertanyaan awal Anda, ketika generator berputar, itu menuangkan energi ke semua beban reaktif yang terpasang, bahkan yang seimbang, ketika tegangan muncul. Kecil mungkin, tetapi Anda tidak bisa benar-benar mendapatkan energi itu kembali. Ketika Anda melepaskan generator, Anda tidak mendapatkan kembali energi kimia.

Saya pikir generator menghasilkan energi listrik yang ada di KVA. Dari energi KVA yang dihasilkan ini, bagian pertama kvar akan digunakan oleh beban induktif untuk menjaga peralatan bermuatan magnet dan kw bagian kedua akan digunakan untuk menghasilkan torsi yang akan tergantung pada beban. Pada beban yang lebih tinggi, kvar dapat diabaikan dibandingkan dengan kw. Tetapi generator tetap harus memproduksinya. Jika koil induktif murni terhubung ke beban, generator hanya akan menghasilkan komponen kvar di lbs & konsumsi bahan bakar akan lebih dari tanpa beban