Verursacht Blindleistung zusätzlichen Kraftstoffverbrauch in einer Diesel-USV?

Es ist ein bisschen theoretisch, von geringem praktischem Nutzen, aber ich möchte nur die Physik dahinter verstehen. Mir ist bewusst, dass ich die Dinge ziemlich vereinfache.

Bei der elektrischen Leistung unterscheiden wir zwischen realer, reaktiver und scheinbarer Leistung, und natürlich möchten wir, dass der reaktive Teil klein ist, aber bei praktischen Belastungen ist dies selten der Fall.

Neulich diskutierten ein Kollege von mir und ich über eine Multi-MW-Rotationsdiesel-USV (das Laden der Demo dauert eine Weile) in einem unserer Rechenzentren, und die folgende Frage kam mir in den Sinn, die wir selbst nicht beantworten konnten ::

Angenommen, die Last an der USV verursacht einen nicht idealen an dieser USV, wodurch die Blindleistung durch die Stromleitungen hin und her transportiert wird. Würde der Dieselmotor immer noch Kraftstoff nur für den Real-Power-Teil verwenden oder wirkt sich Blindleistung auch auf den Kraftstoffverbrauch aus? Theoretisch wird Blindleistung nicht verbraucht, aber es fühlt sich komisch an, wenn die Netzleistung durch einen Dieselmotor ersetzt wird. Existiert Blindleistung in der mechanischen Welt?$\text{cos(}\varphi\text{)}$$Q > 0$

Die Blindleistung würde eine Generatorwelle nicht zusätzlich belasten, wenn alles perfekt wäre. Reale Generatoren haben jedoch reale Verluste, von denen einige proportional zum Quadrat des Stroms sind. Die Blindlast verursacht mehr Strom in den Drähten als bei einer rein ohmschen Last mit der gleichen Wirkleistung. Durch den zusätzlichen Strom geht zusätzliche Wirkleistung verloren.

Die Antwort ist also, dass der Motor eine etwas höhere Last sieht und daher etwas mehr Kraftstoff verbraucht. Dies liegt an mehr Ineffizienzen und Verlusten im System. Nicht die Blindleistung selbst erschwert das Einschalten des Generators.

Hinzugefügt:

Ich hätte das schon früher erwähnen sollen, aber irgendwie ging es mir damals durch den Kopf.

Eine Blindlast auf einen perfekten Generator erfordert nicht mehr Wellenleistung, gemittelt über einen Zyklus, aber es fügt dem Drehmoment "Unebenheiten" hinzu. Ein Merkmal eines 3-Phasen-Wechselstromgenerators ist, dass das Drehmoment über einen Zyklus mit einer ohmschen Last konstant ist. Bei einer reaktiven Last benötigen Teile des Zyklus jedoch mehr Leistung und andere Teile weniger. Die durchschnittliche Leistung ist immer noch dieselbe, aber ein ständiges Vorwärts- und Rückwärtsschieben relativ zum durchschnittlichen Drehmoment kann zu unerwünschten mechanischen Spannungen und Vibrationen führen.

Sie können sich das ein bisschen so vorstellen, als würden Sie zwei Magnete aneinander vorbei bewegen. Nehmen wir an, sie sind darauf ausgerichtet, abzuwehren. In einiger Entfernung gibt es wenig Kraft. Sie müssen Kraft anwenden, um sie nahe beieinander zu bewegen, was bedeutet, dass Sie Energie in das System einbringen. Die Magnete drücken in Bewegungsrichtung, wenn sie sich wegbewegen, und geben Ihnen so die Energie zurück, die Sie zuvor eingegeben haben. Die verbrauchte Nettoenergie ist 0, aber es gab definitiv einen Energiefluss hin und her. Es gibt immer einen gewissen Verlust, wenn Energie in realen Systemen bewegt oder hin und her umgewandelt wird.

Auch hier verursacht die Blindleistung selbst kein Problem, aber die Wirkleistung geht verloren, da Energie nicht mit perfekter Effizienz bewegt und umgewandelt werden kann. Dieser tatsächliche Leistungsverlust muss durch eine höhere tatsächliche Leistungsaufnahme ausgeglichen werden. Zusätzlich können die zusätzlichen mechanischen Kräfte die Lebensdauer des Generators und des Motors, der ihn antreibt, verkürzen.

Wie Olin hat Lathrop Ihre erste Frage beantwortet.

Existiert Blindleistung in der mechanischen Welt?

Im mechanischen System existiert die Blindleistung. Es gibt jedoch keinen einfachen Weg, dies zu erklären, ohne in eine einfache harmonische Bewegung zu gehen.

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

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

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

$\alpha$

$F \cos(\alpha)$

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

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

Aber eine Person, die sich das ansieht, wird denken, dass ich eine Kraft 'F' anwende und sie sich mit der Geschwindigkeit von 'v' bewegt, also sollte die Kraft Fv sein, aber aufgrund des Satzunterschieds wird dies nicht der Fall sein. Dies ist auch Ihrem Wattmeter passiert. Da die Phrasendifferenz zwischen Strom und Spannung sowie im obigen mechanischen Beispiel nicht berücksichtigt wird, wird die Richtung der Kraft gegenüber der Bewegungsrichtung nicht gezählt.

Eine reine Blindleistungskomponente verbraucht keinen zusätzlichen Kraftstoff.

Der Energiefluss der reaktiven Komponente ändert ständig die Richtung und behält den gemittelten Nullpunkt bei. Wenn der Energiefluss nach hinten gerichtet ist, verringert sich das auf die Generatorwelle ausgeübte Drehmoment (einige Millisekunden alle paar Millisekunden), da der Generator ein kleines bisschen wie ein Motor wirkt, aber meistens ein Generator bleibt.

Der Verbrennungsteil der Maschine sieht eine gemittelte Last, die nur der aktiven Komponente entspricht. Angenommen, die Funktion der Kraftstoffzufuhrroute besteht darin, die Geschwindigkeit konstant zu halten, dann werden Schwankungen des Drehmoments (der Last) in der Kraftstoffmenge gespiegelt. Mehr Drehmoment bedeutet mehr Kraftstoff, mehr verbrauchte Wirkleistung bei gleicher Geschwindigkeit.

Ein kleines Experiment besteht darin, die Permanentmagnet-Wechselstrommotorwelle mit den Fingern zu drehen, wenn sie nicht angeschlossen ist. Dann Kondensator anschließen und vergleichen.

Wie oben erwähnt, ist das Drehmoment, das für eine ausgeglichene 3-Phasen-Blindlast erforderlich ist, konstant und Null. Dies verbirgt die Tatsache, dass für die Hälfte jedes Zyklus jede Blindlast Leistung in die Phase (n) zurückschiebt, die Energie aufnehmen / annehmen.

Wenn die Blindlast nicht ausgeglichen ist, wird die Energie in den Generator zurückgeführt. Sie können keine chemische Energie zurückgewinnen, und ein Teil der in den Generator zurückgespeisten Energie geht verloren, aber ein Teil der Energie wird in die rotierende kinetische Energie des Generators zurückgeführt. Dadurch dreht sich der Generator schneller, langsamer, schneller, langsamer usw. Ein kleiner Generator hat nicht viel rotierende kinetische Energie, sodass der größte Teil dieser Energie verloren geht und nur das System belastet.

Ebenfalls verborgen ist die Tatsache, dass, wenn sich der Generator schneller dreht, mehr Energie in kapazitive Lasten fließt und Energie aus induktiven Lasten austritt.

Bei einem sehr großen Stromaggregat mit erheblicher gespeicherter Energie kann die Rückführung von Blindleistung aus einem induktiven Netzwerk zu einer Erhöhung der Übertragungsfrequenz führen und schließlich das gesamte System instabil machen (höhere Frequenz, reaktivere Rückgabe, höhere Frequenz, reaktivere Rückgabe) , Generator dreht sich außer Kontrolle und zerstört sich selbst). Aus diesem Grund sind Stromnetze für den Betrieb mit einer geringen kapazitiven Last ausgelegt - obwohl dies die Spitzenströme erhöht und den Netzwirkungsgrad verringert.

Zurück zu Ihrer ursprünglichen Frage: Wenn sich der Generator dreht, strömt er Energie in alle angeschlossenen reaktiven Lasten, auch in die ausgeglichenen, wenn die Spannung ansteigt. Klein mag es sein, aber Sie können diese Energie nicht wirklich zurückbekommen. Wenn Sie den Generator abnehmen, erhalten Sie die chemische Energie nicht wieder zurück.

Ich dachte, Generatoren erzeugen elektrische Energie, die in KVA ist. Von dieser erzeugten KVA-Energie wird der erste Teil kvar durch induktive Last verwendet, um die Ausrüstung magnetisch geladen zu halten, und der zweite Teil kw wird verwendet, um ein Drehmoment zu erzeugen, das von der Last abhängig wäre. Bei höheren Lasten ist kvar im Vergleich zu kw vernachlässigbar. Aber der Generator muss es trotzdem produzieren. Wenn eine reine Induktionsspule an die Last angeschlossen ist, erzeugt der Generator nur eine kvar-Komponente in lbs und der Kraftstoffverbrauch ist mehr als keine Last