無効電力とは保有エネルギーの回転(物理的イメージ)

無効電力とは保有エネルギーの回転
(物理的イメージ)

reactive power=rotating energy*frequency
(Definition & physical images)

画像


無効電力定義のイメージ (船のスクリュー):
船のスクリューは、回転力を推進力に変換する装置です。スクリューの後方には、螺旋状の水流ができます。

・水流後方に直線上に放出され、推進力となるエネルギーに相当するのが有効電力
・回転力を推進力に変えるために形成された、推進エネルギーの回りの、回転エネルギーに相当するのが無効電力
・螺旋水流の全エネルギーに相当するのが皮相電力(SQRT(有効電力^2+無効電力^2))。

ただ、電気の場合には、水以外にもう一つの媒体が満たされています(磁界と電界)。しかも、観測時には、2つの水流がキャンセルされて見える。また、回転を維持するのにほとんどエネルギー消費が発生しない。

定義:無効電力とは単位時間あたりのエネルギー回転量(回転場)である。
reactive power=rotating energy*frequency

この定義は、電気の無効電力の定義と接続していて包含している。

無効分(回転場)を作るにはエネルギーが必要であるが、一旦回転状態が生じれば、損失以外のエネルギー供給は不要である。この回転場があるために、エネルギー伝達がしやすくなる。

遅れの無効電力Ql:磁界エネルギーの単位時間あたりのエネルギー回転量
進みの無効電力Qc:電界エネルギーの単位時間あたりのエネルギー回転量

無効電力の+-(正負)その1
無効電力の+-(正負)その2

無効電力計で観測される無効電力Qm:遅れの無効電力と進みの無効電力の代数和
Qm=Ql-Qc:遅れの無効電力と進みの無効電力はキャンセルされて観測される。

無効電力の遅れ進み・方向・基準

その他の無効分(無効電力):
・発電機回転子の慣性エネルギー:水力発電機を定格回転数に上昇させるために無効(有効)放流が必要であるが、定格回転数になれば以後はエネルギー供給が不要である。そして、系統に併入後には、いつでも水流を電気に変換できる。
・交直変換器(スイッチング)の無効電力:a相からb相に電流を切り換える(スイッチングする)時の切り換え速度(ω)が大きいため、その時のエネルギー回転量(無効電力)が大きくなる。

無効分の伝搬:
1)水力発電機を定格回転数まで加速する。有効水流により、無効分を回転子に保持する。
2)界磁電圧を加える。回転子の無効分の一部を回転子の磁界エネルギー回転場に移動する。
3)発電機に送電線を接続する。回転子の磁界エネルギー回転場から、無効分を送電線の電界エネルギー回転場(一部磁界エネルギー回転場)に移動する。
4)送電線から負荷に接続する。各回転場の中を有効分が通過して、水流(発電機)から負荷に有効分が流れる。

無効分の保持:
(4)の時の交流電圧が回転場の大きさ(直径)を表している。交流電圧が大きければ有効分を大量に流せる。しかし、交流電圧が低下すると、有効分を流しにくくなる。この有効分をスムーズに流すための回転場を維持すること(無効電力の調整)は重要なものである。


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