القدرة النشطة والتفاعلية والظاهرة - Active, Reactive and Apparent Power

ما هي القدرة النشطة؟

القدرة النّشطة (Active Power): هي القدرة الفعلية التي يتم نقلها بالفعل إلى الحمل مثل المحولات والمحركات الحثّية والمولدات وغيرها وتبدد في الدائرة. الكلمات البديلة المستخدمة للقدرة الحقيقية “القدرة الفعلية، القدرة الحقيقية، القدرة الكاملة بالواط، القدرة المفيدة، والقدرة النشطة”، ويُشار إليها بـالرمز (P) وتُقاس بوحدة الواط (W)، حيث: (1 واط = 1 فولت × 1 A).

القدرة النشطة في دوائر التيار المستمر – Active Power in DC Circuits:

في دوائر التيار المستمر (DC Circuits)، يكون مصدر الطاقة (power supply) لحمل التيار المستمر هو ببساطة نتاج الجهد عبر الحمل والتيار المتدفق من خلاله، أي أنّه: (P = V × I) لأنّه في دوائر التيار المستمر، لا يوجد مفهوم لزاوية الطور بين التيار والجهد. بمعنى آخر، لا يوجد تردد (f) أو عامل قدرة في دوائر التيار المستمر.

القدرة النشطة في دوائر التيار المتردد – Active Power in AC Circuits:

إنّ الوضع في الدوائر الجيبية أو التيار المتردد أكثر تعقيدًا بسبب اختلاف الطور (θ) بين التيار والجهد. لذلك فإنّ متوسط قيمة القدرة “القدرة الحقيقية” هو: (P = VI Cosθ) يتم توفيره في الواقع للحمل. في دارات التيار المتردد، عندما تكون الدائرة مقاومة صافية، فإنّنا نستخدم نفس الصيغة المستخدمة للقدرة المستخدمة في دائرة التيار المستمر: (P = V × I).

معادلات القدرة النشطة:

P = V x I                                         (In DC circuits)

P = V x I x Cosθ                            (in Single phase AC Circuits)

P = √3 x V_Lx I_L x Cosθ         or      (in Three Phase AC Circuits)

P = 3 x V_Ph x I_Phx Cosθ

P = √ (S² – Q²)

P =√ (VA² – VAR²) or

Real or True Power or Active Power = √ (Apparent Power² – Reactive Power²) or

kW = √ (kVA² – kVAR²)

ما هي القدرة التفاعلية – Q؟

تعرف أيضًا باسم “استخدام أقل للقدرة (Use-less Power)، قدرة واط أقل (Watt less Power). تُعرف القدرة التي ترتد باستمرار ذهابًا وإيابًا بين المصدر والحمل بالقدرة التفاعلية (Q). يُشار إلى القدرة الممتصة فقط وإعادتها في الحمل نظرًا لخصائصها التفاعلية بالقدرة التفاعلية.

تمثل القدرة التفاعلية أنّ الطاقة يتم تخزينها أولاً ثمّ إطلاقها في شكل مجال مغناطيسي أو مجال إلكتروستاتيكي في حالة المحرِّض “المحثّ” والمكثف على التوالي. يتم إعطاء القدرة التفاعلية بواسطة: (Q = V I Sinθ) والتي يمكن أن تكون موجبة (+ ve) للأحمال الحثّية والسالبة (-ve) للحمل السعوي “المكثف”.

وحدة القدرة التفاعلية هي (Volt-Ampere) التفاعلية أي (VAR) حيث: (VAR 1 = 1V x 1A). بعبارة أبسط، في المحرِّض “المحثّ” أو المكثف، يُعرف مقدار المجال المغناطيسي أو الكهربائي الناتج عن (1A x 1V) بوحدة القدرة التفاعلية.

معادلات القدرة التفاعلية:

Q = V I Sinθ

Reactive Power = √ (Apparent Power²– True power²)

VAR = √ (VA² – P²)

kVAR = √ (kVA² – kW²)

ما هي القدرة الظاهرة – S؟

هي ناتج الجهد والتيار إذا وفقط إذا تمّ تجاهل اختلافات زاوية الطور بين التيار والجهد. يُشار إلى إجمالي القدرة في دائرة التيار المتردد، “المُتبدد والممتص / المُعاد”، بالقدرة الظاهرة (apparent power). يُطلق على الجمع بين القدرة التفاعلية والقدرة الحقيقية اسم القدرة الظاهرة. في دائرة التيار المتردد، يُطلق على ناتج جهد جذر متوسط التربيع وتيار جذر متوسط التربيع اسم “القدرة الظاهرة” التي يُشار إليها بالرمز (S) ويتم قياسها بوحدات فولت أمبير (VA).

إنّها نتاج الجهد والتيار بدون زاوية الطور. وحدة القوة الظاهرة ((S) VA) أي (1VA = 1V x 1A). عندما تكون الدائرة مقاومة صافية، فإنّ القدرة الظاهرة تساوي القدرة الحقيقية أو النشطة، ولكن في الدائرة الحثّية أو السعويّة، “عند وجود مفاعلات” تكون القدرة الظاهرة أكبر من القدرة الحقيقية أو النشطة.

معادلات القدرة الظاهرة:

S = V I

S = √ (P + Q²)

Apparent Power = √ (True power² + Reactive Power²)

kVA = √kW² + kVAR²

دور القدرة النشطة والقدرة التفاعلية:

هناك علاقة مهمة بين القدرة النشطة والقدر التفاعلية وستساعد الوظيفة أدناه على فهم سبب تسمية القدرة النشطة (P) بالقدرة الحقيقية والقدرة التفاعلية (Q) تسمّى القدرة التخيلية. لنفهم أولاً ما هو الملف (coil) والمحث (inductor)؟ خذ قضيبًا حديديًا ملفوفًا “أي لفه” بسلك نحاسي. إنّه ملف أو يمكنك أن تقول مغنطًا، أو مغناطيسًا كهربائيًا. إذا كان التيار يمر عبر السلك النحاسي، فإنّ قضيب الحديد يصبح ممغنطًا.

سيكون المزيد من التيار، والمزيد من المغناطيسية في قضيب الحديد “أي المزيد من التدفق في قضيب الحديد والمزيد من المجال المغناطيسي من حوله”. أو يمكن القول أنّه كلما زاد التيار، زادت القدرة المخزنة بواسطة المحثّ. يتم إعطاء القدرة المخزنة بواسطة المحثّ بواسطة:

½ L I²

حيث: (L) هي محاثة المحثّ و(I) هي مقدار التيار عبر المحثّ.