디젤 UPS에서 무효 전력으로 인해 추가 연료가 사용됩니까?

그것은 약간의 이론적 인 것, 거의 실용적이지는 않지만 그 뒤에있는 물리학을 이해하고 싶습니다. 나는 일을 상당히 단순화하고 있음을 알고 있습니다.

전력에서 우리는 실제, 무효 및 피상 전력을 구별하며 물론 우리는 무효 부분을 작게 원하지만 실제 부하에서는 거의 그렇지 않습니다.

다른 날, 저와 제 동료는 데이터 센터 중 하나에서 다중 MW 로터리 디젤 UPS (데모를로드하는 데 시간이 걸린다) 에 대해 논의 하고 있었고 다음과 같은 질문이 떠 올랐습니다. :

UPS의 부하로 인해 해당 UPS에 이상적이지 않은 가 발생하여 무효 전력 이 전력선을 통해 앞뒤로 전송 된다고 가정 하십시오. 디젤 엔진은 여전히 ​​실제 전력 부분에 대해서만 연료를 사용합니까? 아니면 무효 전력이 연료 소비에도 영향을 미칩니 까? 이론적으로 무효 전력은 소비되지 않지만 계통 전력이 디젤 엔진으로 교체되면 이상하게 느껴집니다. 기계 세계에는 무효 전력이 존재합니까?$\text{cos(}\varphi\text{)}$$Q > 0$

모든 것이 완벽하다면 무효 전력은 발전기 샤프트에 추가적인 부하를주지 않을 것입니다. 그러나 실제 발전기에는 실제 손실이 있으며 그중 일부는 전류의 제곱에 비례합니다. 무효 부하는 동일한 실제 전력의 순전히 저항 부하보다 와이어에 더 많은 전류를 발생시킵니다. 여분의 전류로 인해 추가 실제 전력이 손실됩니다.

따라서 엔진이 약간 더 높은 부하를 보게되므로 조금 더 많은 연료를 사용하게됩니다. 이것은 무효 전력 자체가 아니기 때문에 시스템의 비 효율성 및 손실이 많기 때문에 발전기를 돌리기가 더 어렵습니다.

추가 :

나는 이것을 전에 언급해야했지만, 어쨌든 그것은 내 마음을 통해 미끄러졌습니다.

퍼펙트 제너레이터의 리 액티브 부하는 사이클 당 평균 더 많은 샤프트 파워를 요구하지 않지만 토크에 "범프"를 추가합니다. 3 상 교류 발전기의 한 가지 특성은 저항 부하가있는 사이클에서 토크가 일정하다는 것입니다. 그러나 반응 부하 부품의 사이클에서는 더 많은 전력이 필요하고 다른 부품은 더 적게 필요합니다. 평균 출력은 여전히 ​​동일하지만 평균 토크를 기준으로 앞뒤로 계속 밀면 바람직하지 않은 기계적 응력과 진동이 발생할 수 있습니다.

두 개의 자석을 서로 지나서 움직이는 것처럼 생각할 수 있습니다. 그들이 반발하는 경향이 있다고 가정 해 봅시다. 멀리서 힘이 거의 없습니다. 힘을 가해 힘을 가하여 서로 가깝게 움직이면 시스템에 에너지가 공급됩니다. 자석은 멀어짐에 따라 운동 방향으로 밀기 때문에 이전에 넣은 에너지를 되돌릴 수 있습니다. 소비 된 순 에너지는 0이지만, 분명히 에너지 흐름이왔다 갔다했다. 실제 시스템에서 에너지가 이동하거나 앞뒤로 변환 될 때 항상 약간의 손실이 있습니다.

다시 말해 무효 전력 자체는 문제를 일으키지 않지만 에너지를 완벽한 효율로 이동하고 변환 할 수 없기 때문에 실제 전력이 손실됩니다. 이 실제 전력 손실은 더 많은 실제 전력 입력으로 구성되어야합니다. 또한, 추가적인 기계적 힘으로 발전기 및 엔진 구동 수명을 단축시킬 수 있습니다.

Olin Lathrop이 첫 질문에 답한 것처럼.

기계 세계에는 무효 전력이 존재합니까?

기계 시스템에는 무효 전력이 존재합니다. 그러나 간단한 고조파 운동으로 가지 않고 이것을 설명하는 간단한 방법은 없습니다.

물체 M이 끈에 장착되었다고 가정하면 원심력으로 인해 원형 궤도에서 움직입니다. 각속도가 이고 x 투영 된 모션 방정식을 , y 투영 된 모션을 설명 할 수 있다고 가정하십시오 .R cos ( ω ) R sin ( ω $\omega$$R \cos (\omega)$$R \sin (\omega)$

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

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

그리고 가속해야하므로 힘을 공급해야합니다 . 현재 각도에서 Flags 와 같은 힘 F를 시드하십시오 .$\alpha$

[그림 참조] 따라서 선형 속도와 평행 한 F의 구성 요소는 일부 유효 전력 만 수행합니다. 어느입니다 ,$F \cos(\alpha)$

따라서 유효 전력$= F \cos(\alpha ) v = F \cos (\alpha ) \omega R$

무효 전력$= F \sin (\alpha) 0 = 0$

그러나 이것을 보는 사람은 내가 힘 'F'를 적용하고 그것이 'v'의 속도로 움직이고 있다고 생각할 것이므로 힘은 Fv이어야하지만 구문 차이로 인해 그렇지 않습니다. 이것은 당신의 와트 미터에도 발생합니다. 전류와 전압 사이의 프레이즈 차이를 계산하지 않기 때문에, 위의 기계적 예에서 힘의 방향 대 운동의 방향은 계산하지 않습니다.

순수한 반응 동력은 여분의 연료를 소비하지 않습니다.

반응성 구성 요소의 에너지 흐름은 방향을 계속 유지하여 평균 0을 유지합니다. 에너지 흐름이 거꾸로 향하면 발전기는 모터와 같이 약간 작용하지만 발전기는 대부분 유지하기 때문에 발전기 샤프트에 적용되는 토크가 감소합니다 (수 밀리 초마다 몇 밀리 초 동안).

기계의 연소 부분은 평균 하중이 활성 구성 요소와 동일하다는 것을 알 수 있습니다. 연료 공급 경로의 기능이 일정한 속도를 유지하는 것이라면 토크 (부하)의 변화가 연료량에 반영됩니다. 토크가 높을수록 동일한 속도로 더 많은 연료와 더 많은 유효 동력을 의미합니다.

소규모 실험은 영구 자석 AC 모터 샤프트를 분리 할 때 손가락으로 돌리는 것입니다. 그런 다음 커패시터를 연결하고 비교하십시오.

위에서 언급 한 바와 같이, 균형 잡힌 3 상 무효 부하에 필요한 토크는 일정하고 0입니다. 이것은 각 사이클의 절반 동안, 각각의 무효 부하가 에너지를 수용하는 위상 / 단계로 전력을 다시 푸시한다는 사실을 숨 깁니다.

무효 부하가 균형을 이루지 않으면 에너지가 발전기로 다시 공급됩니다. 화학 에너지를 회수 할 수 없으며 발전기로 다시 공급되는 일부 에너지는 손실되지만 일부 에너지는 발전기의 회전 운동 에너지로 다시 공급됩니다. 이것은 발전기가 더 빠르게 더 느리게 더 빠르게 느리게합니다.

또한 발전기가 더 빨리 회전하면 더 많은 에너지가 용량 성 부하로 들어가고 에너지가 유도 성 부하로 나옵니다.

에너지가 많이 저장되는 매우 큰 발전기 세트의 경우, 유도 네트워크에서 무효 에너지의 리턴은 전송 주파수를 증가시키고 결국 전체 시스템을 불안정하게 만들 수 있습니다 (높은 주파수, 반응성 리턴, 고주파수, 반응성 리턴) , 발전기가 제어 불능 상태가되고 자체 파괴됨). 이러한 이유로 전력 그리드는 약간의 용량 성 부하로 작동하도록 설계되었습니다. 비록 피크 전류가 증가하고 그리드 효율이 감소하는 경우에도 마찬가지입니다.

원래의 질문으로 돌아가서 발전기 세트가 회전하면 전압이 상승함에 따라 균형 잡힌 부하까지 연결된 모든 무효 부하에 에너지를 부어 넣습니다. 작을 수도 있지만 실제로 에너지를 되돌릴 수는 없습니다. 발전기를 분리해도 화학 에너지가 다시 회복되지 않습니다.

발전기가 KVA에있는 전기 에너지를 생성한다고 생각했습니다. 이 생성 된 KVA 에너지 중 제 1 부분 kvar는 유도 부하에 의해 장비가 자기 적으로 충전 된 상태를 유지하고 제 2 부분 kw는 부하에 의존하는 토크를 생성하는데 이용 될 것이다. 더 높은 부하에서 kvar은 kw에 비해 무시할 수 있습니다. 그러나 여전히 발전기는 그것을 생산해야합니다. 순수한 유도 코일이 부하에 연결되면 발전기는 lbs 단위의 kvar 구성 요소 만 생성하고 연료 소비는 무부하를 초과합니다