Мгновенное значение мощности переменного тока равно произведению мгновенных значений напряжения и силы тока: P(t) = U(t)I(t)
где U(t)=U mcos wt, I(t)=I mcos(wt – j). Раскрыв cos(wt – j), получим
P(t) = I m U m cos(wt – j)cos wt = I m U m(cos2 wt cosφ+sin wt cos wt sinφ)
Практический интерес представляет не мгновенное значение мощности, а ее среднее значение за период колебания. Учитывая, что ácos2 w t ñ= 1/2, ásin w t cos w t ñ = 0, получим áPñ = 1/2 I m U mcosφ (152.1)
Если U m сos j = RI m. То áPñ = 1/2RIm2
Такую же мощность развивает постоянный ток .
Величины I = Im/ , U = Um/ называются соответственно действующими (или эффективными) значениями тока и напряжения. Все амперметры и вольтметры градуируются по действующим значениям тока и напряжения. Учитывая действующие значения тока и напряжения, выражение средней мощности (152.1) можно запасать в виде áPñ = IUcosφ (152.2)
где множитель соs j называется коэффициентом мощности.
Формула (152.2) показывает, что мощность, выделяемая в цепи переменного тока, в общем случае зависит не только от силы тока и напряжения, но и от сдвига фаз между ними. Если в цепи реактивное сопротивление отсутствует, то cos j =1 и P=IU. Если цепь содержит только реактивное сопротивление (R =0), то cos j =0 и средняя мощность равна нулю, какими бы большими ни были ток и напряжение. Если cos j имеет значения, существенно меньшие единицы, то для передачи заданной мощности при данном напряжении генератора нужно увеличивать силу тока I, что приведет либо к выделению джоулевой теплоты, либо потребует увеличения сечения проводов, что повышает стоимость линий электропередачи. Поэтому на практике всегда стремятся увеличить соs j, наименьшее допустимое значение которого для промышленных установок составляет примерно 0,85.
|
|
Гармонические колебания изображаются графически методом вращающегося вектора амплитуды, или методом векторных диаграмм. Для этого из произвольной точки О, выбранной на оси х, под углом j, равным начальной фазе колебания, откладывается вектор А, модуль которого равен амплитуде А рассматриваемого колебания (рис). Если этот вектор привести во вращение с угловой скоростью w 0, равной циклической частоте колебаний, то проекция конца вектора будет перемещаться по оси х и принимать значения от –А до +А, а колеблющаяся величина будет изменяться со временем по закону s=A cos (w 0 t + j). Таким образом, гармоническое колебание можно представить проекцией на некоторую произвольно выбранную ось вектора амплитуды А, отложенного из произвольной точки оси под углом j, равным начальной фазе, и вращающегося с угловой скоростью w 0 вокруг этой точки.