La puissance réactive entraîne-t-elle une consommation de carburant supplémentaire dans un onduleur diesel?

C'est un peu théorique, peu pratique, mais je veux juste comprendre la physique derrière. Je suis conscient que je simplifie un peu les choses.

Dans l'énergie électrique, nous différencions la puissance réelle, réactive et apparente et bien sûr, nous voulons que la partie réactive soit petite, mais avec des charges pratiques, c'est rarement le cas.

L'autre jour, un de mes collègues et moi avons discuté d' un onduleur diesel rotatif multi-MW (la démonstration prend du temps à charger) dans l'un de nos centres de données et la question suivante m'est venue à l'esprit, à laquelle nous n'avons pas pu répondre nous-mêmes :

Supposons que la charge sur l'onduleur provoque un non idéal sur cet onduleur, provoquant le transport de la puissance réactive Q > 0 à travers les lignes électriques d'avant en arrière. Le moteur diesel utiliserait-il toujours du carburant uniquement pour la partie puissance réelle ou la puissance réactive aurait-elle également un impact sur la consommation de carburant? La puissance théoriquement réactive n'est pas consommée, mais cela semble étrange une fois que la puissance du réseau est remplacée par un moteur diesel. La puissance réactive existe-t-elle dans le monde mécanique?$\text{cos(}\varphi\text{)}$$Q > 0$

La puissance réactive ne mettrait aucune charge supplémentaire sur l'arbre d'un générateur si tout était parfait. Cependant, les vrais générateurs ont de réelles pertes, dont certaines sont proportionnelles au carré du courant. La charge réactive provoque plus de courant dans les fils qu'il n'y en aurait avec une charge purement résistive de la même puissance réelle. Le courant supplémentaire entraîne une perte de puissance réelle supplémentaire.

La réponse est donc que le moteur verra une charge un peu plus élevée et utilisera donc un peu plus de carburant. C'est à cause de plus d'inefficacités et de pertes dans le système, ne pas être la puissance réactive elle-même rend le générateur plus difficile à tourner.

Ajoutée:

J'aurais dû le mentionner avant, mais d'une manière ou d'une autre, cela m'a traversé l'esprit à l'époque.

Une charge réactive sur un générateur parfait ne nécessite pas plus de puissance d'arbre moyenne sur un cycle, mais elle ajoute des "bosses" au couple. Un attribut d'un générateur triphasé à courant alternatif est que le couple est constant sur un cycle avec une charge résistive. Cependant, avec une charge réactive, certaines parties du cycle nécessiteront plus de puissance et d'autres parties moins. La puissance moyenne est toujours la même, mais une poussée constante vers l'avant et vers l'arrière par rapport au couple moyen peut provoquer des contraintes mécaniques et des vibrations indésirables.

Vous pouvez penser à cela un peu comme déplacer deux aimants l'un devant l'autre. Disons qu'ils sont orientés pour repousser. À distance, il y a peu de force. Vous devez appliquer une force pour les rapprocher, ce qui signifie que vous mettez de l'énergie dans le système. Les aimants poussent dans le sens du mouvement lorsqu'ils s'éloignent, vous redonnant ainsi l'énergie que vous avez mise plus tôt. L'énergie nette dépensée est de 0, mais il y a certainement eu un flux d'énergie dans les deux sens. Il y a toujours des pertes lorsque l'énergie est déplacée ou convertie d'avant en arrière dans les systèmes réels.

Encore une fois, la puissance réactive elle-même ne cause pas le problème, mais la vraie puissance est perdue car l'énergie ne peut pas être déplacée et convertie avec une efficacité parfaite. Cette perte de puissance réelle doit être compensée par une entrée de puissance plus réelle. De plus, les forces mécaniques supplémentaires peuvent réduire la durée de vie du générateur et du moteur qui l'entraîne.

Comme Olin Lathrop a répondu à votre première question.

La puissance réactive existe-t-elle dans le monde mécanique?

Dans le système mécanique, la puissance réactive existe. Mais il n'y a pas de moyen simple d'expliquer cela sans entrer dans un simple mouvement harmonique.

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

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

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

$\alpha$

$F \cos(\alpha)$

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

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

Mais une personne qui regarde cela pensera que j'applique une force «F» et qu'elle se déplace à la vitesse de «v», donc la puissance devrait être Fv, mais à cause de la différence de phrase, ce ne sera pas le cas. Cela est également arrivé à votre wattmètre. Parce qu'il ne compte pas la différence de phrase entre le courant et la tension, ainsi que dans l'exemple mécanique ci-dessus, il ne compte pas la direction de la force vs la direction du mouvement.

Le composant réactif pur de l'énergie ne consommera pas de carburant supplémentaire.

Le flux d'énergie du composant réactif continuera de changer de direction en maintenant un zéro moyen. Lorsque le flux d'énergie est dirigé vers l'arrière, le couple appliqué à l'arbre du générateur diminue (pendant quelques millisecondes toutes les quelques millisecondes), car le générateur agit un tout petit peu comme un moteur, mais reste principalement un générateur.

La partie combustion de la machine verra une charge moyenne égale au composant actif uniquement. Dites si la fonction de la route d'alimentation en carburant est de maintenir une vitesse constante, les variations de couple (charge) seront reflétées dans la quantité de carburant. Plus de couple, signifie plus de carburant, plus de puissance active consommée, avec la même vitesse.

L'expérience à petite échelle consiste à tourner l'arbre du moteur à courant alternatif à aimant permanent avec les doigts lorsqu'il est déconnecté. Connectez ensuite le condensateur et comparez.

Comme indiqué ci-dessus, le couple requis pour une charge réactive triphasée équilibrée est constant et nul. Cela masque le fait que pendant la moitié de chaque cycle, chaque charge réactive repousse la puissance dans la / les phases qui acceptent / l'énergie.

Si la charge réactive n'est pas équilibrée, l'énergie est réinjectée dans le générateur. Vous ne pouvez pas récupérer l'énergie chimique, et une partie de cette énergie réinjectée dans le générateur est perdue, mais une partie de l'énergie est réinjectée dans l'énergie cinétique tournante du générateur. Ce qui fait que le générateur tourne plus vite, plus lentement, plus vite, plus lentement, etc. Un petit générateur n'a pas beaucoup d'énergie cinétique en rotation, donc la majeure partie de cette énergie est perdue, et elle ne fait que stresser le système.

Il est également caché que si le générateur tourne plus rapidement, plus d'énergie entre dans les charges capacitives et l'énergie sort des charges inductives.

Pour un groupe électrogène de très grande taille, avec une énergie stockée importante, le retour d'énergie réactive d'un réseau inductif peut entraîner une augmentation de la fréquence de transmission et éventuellement rendre l'ensemble du système instable (fréquence plus élevée, retour plus réactif, fréquence plus élevée, retour plus réactif , le générateur tourne hors de contrôle et s'autodétruit). Pour cette raison, les réseaux électriques sont conçus pour fonctionner avec une charge légèrement capacitive - même si cela augmente les courants de crête et réduit l'efficacité du réseau.

Pour en revenir à votre question initiale, lorsque le groupe électrogène tourne, il déverse de l'énergie dans toutes les charges réactives attachées, même les charges équilibrées, à mesure que la tension monte. C'est peut-être petit, mais vous ne pouvez pas vraiment récupérer cette énergie. Lorsque vous détachez le générateur, vous ne récupérez plus l'énergie chimique.

Je pensais que les générateurs génèrent de l'énergie électrique qui est en KVA. De cette énergie KVA générée, la première partie kvar sera utilisée par une charge inductive pour maintenir l'équipement chargé magnétiquement et la seconde partie kw sera utilisée pour produire un couple qui dépendra de la charge. À des charges plus élevées, le kvar est négligeable par rapport au kw. Mais le générateur doit toujours le produire. Si une bobine inductive pure est connectée à la charge, le générateur ne générera que le composant kvar en livres et la consommation de carburant sera supérieure à aucune charge