Существуют ли реальная и реактивная энергии?

Энергия — это просто мощность, интегрированная во времени, поэтому реальная и реактивная энергия существуют или не существуют точно так же, как реальная и реактивная мощности соответственно.

Что касается мощности, реальная мощность существует, а реактивная мощность — это математическое удобство для упрощения выражения некоторых вещей. Используя умственный способ воображения мнимой мощности, мы можем упростить расчеты и объяснить реальные наблюдаемые параметры легче, чем без них.

Воображаемой силы не существует, но ее эффекты, проецируемые на реальную силу, реальны. Крупные производители и потребители электроэнергии часто оцениваются как по мгновенной реальной, так и по мнимой мощности, которую они производят или потребляют. Однако те же самые реальные наблюдаемые характеристики можно объяснить и другими способами. Объяснение их с точки зрения воображаемой мощности — просто умственное и математическое удобство.

Прежде всего, помните, что в контексте переменного (фазорного) анализа реальная и реактивная мощности, в отличие от напряжения и тока, не являются векторами , т. е. они не представляют амплитуду и фазу синусоиды во временной области. Таким образом, мы не можем «приладить» временную зависимость и взять действительную и мнимую части для расчета соответствующих энергий во временной области.

Иногда полезно «вернуться к основам», чтобы лучше понять проблему. Это такой случай. Реактивная мощность является полезным понятием в анализе переменного тока, но то, что она представляет физически, лучше всего видно во временной области.

Сначала рассмотрим источник синусоидального напряжения$v_s(t) = V\cos\omega t$управляя резистором R. Мощность, подаваемая на резистор:

Ключевым наблюдением здесь является то, что мощность никогда не бывает отрицательной, т. е. поток энергии всегда идет от источника к резистору . Таким образом, энергия, подаваемая источником, со временем увеличивается .

Энергия, отдаваемая источником за период$\dfrac{\pi}{\omega}$является:

Теперь замените резистор конденсатором. Мощность, подводимая к конденсатору, равна:

Энергия, отдаваемая источником за период$\dfrac{\pi}{\omega}$является:

Ключевым наблюдением здесь является то, что мощность попеременно и в равной степени является положительной и отрицательной, т. е. поток энергии идет туда и обратно между источником и конденсатором. Таким образом, энергия, подаваемая источником за период, равна нулю .

Но, как мы знаем, мощность, связанная с конденсатором, является реактивной мощностью в векторном анализе, и теперь мы можем ответить на ваш вопрос:

Существуют ли такие вещи, как реальная и реактивная энергии?

Мы показали, что реактивная мощность связана с переменным потоком энергии между источником и нагрузкой, равным нулю в течение периода. Другими словами, это связано с энергией, которая «переливается» между источником и нагрузкой без какого-либо рассеивания.

как рассеивается реактивная энергия?

Насколько мне известно, у реактивной энергии нет определения, но ее можно понимать как энергетическое взаимодействие между источником энергии и реактивным компонентом. Если этот источник питания представляет собой синусоидальное переменное напряжение, и к этому источнику подключена катушка индуктивности, энергия течет в катушку индуктивности, а затем из катушки индуктивности по мере того, как форма волны переменного тока чередуется. Средняя энергия равна нулю, т. е. те же потоки «входят», что «вытекают», но, если небольшой резистор вставить последовательно с индуктором, как прямая энергия (в индуктор), так и обратная энергия (обратно от индуктора) вызовут некоторое часть этой энергии рассеивается в виде тепла в резисторе.

Есть ли в реактивной мощности что-то большее, чем математическое удобство?

Реактивная мощность в новостях (New York Times, 26 сентября 2003 г.):

«Теперь эксперты считают, что 14 августа в северном Огайо возникла острая нехватка реактивной мощности, что в конечном итоге привело к выходу из строя электростанции и линии электропередачи, что привело к отключению электроэнергии. Спрос на реактивную мощность был необычно высоким из-за большого объема передачи на большие расстояния через Огайо в районы, включая Канаду, чем необходимо для импорта электроэнергии для удовлетворения местного спроса. Но запас реактивной мощности был низким, потому что некоторые станции не работали и, возможно, потому, что другие станции не производили ее в достаточном количестве».

Ресурсы:

• Обзор реактивной мощности (PDF)

• Поиск в Google: Как реактивная мощность поддерживает напряжение