Для цепей переменного тока различают активную, полную и реактивную мощности.
Активная мощность представляет собой действительную мощность переменного тока, аналогичную мощности, развиваемой постоянным током. Она производит полезную работу; может быть преобразована с помощью электродвигателей в механическую мощность, механическую энергию; измеряется в ваттах (Вт) и определяется по формуле
Р = IU cos ф. (1.23)
Полной мощностью называют максимально возможную величину активной мощности, развиваемую переменным током при заданных значениях напряжения и силы тока и при наиболее благоприятных условиях, а именно, когда coscp = 1. Полная мощность обозначается латинской буквой 51 и измеряется в вольт-амперах (В-А). Из определения полной мощности следует выражение
S = UI. (1-24)
Сравнивая между собой формулы (1.23) и (1.24), находим соотношение между активной и полной мощностями:
Р = S coscp, (1.25)
(1.26)
Полной мощностью (кВА) принято измерять мощность генераторов переменного тока, машин, производящих электроэнергию, и трансформаторов, аппаратов, предназначенных для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения. Полная мощность этих машин определяется произведением номинальных (нормальных) величин их напряжения и силы тока (т.е. величин этих параметров, на которые рассчитаны машины). А активная их мощность зависит от коэффициента мощности, при котором они работают (Р.= Scoscp). В свою очередь этот коэффициент мощности зависит от соотношения величин активного и реактивного сопротивления, включенных в цепь, иными словами, от характера электроприемников, питаемых данным генератором или трансформатором.
|
|
Реактивная мощность. Для рассмотрения реактивной мощности необходимо иметь представление об активной и реактивной составляющих переменного тока. Сравнивая между собой формулы для определения мощности переменного и постоянного тока, можно видеть, что на месте полной величины силы тока I в формуле мощности стоит выражение Icosφ, где cosφ — величина, меньше единицы (и только в отдельных случаях равная ей). Отсюда следует, что в цепях переменного тока не весь ток создает полезную, активную мощность, а только некоторая его часть, которая называется активной составляющей тока.
Проекция вектора тока на горизонтальное направление, перпендикулярное вектору напряжения, равная Isincp, называется реактивной составляющей переменного тока. Реактивная составляющая тока не участвует в создании активной мощности.
Произведение действующего в цепи напряжения на реактивную составляющую тока носит название реактивной мощности и обозначается латинской буквой Q. Реактивная мощность измеряется в единицах, называемых «вар». Из приведенного определения реактивной мощности вытекает соотношение
|
|
Q = UI sin φ,
где Q — реактивная мощность, вар; U— напряжение, В; /— сила тока, A; sinφ — числовой коэффициент, зависящий от угла сдвига фаз в данной цепи.
Реактивная мощность, так же как и реактивная составляющая тока, характеризует собой ту энергию, которая идет на создание магнитного поля индуктивности или электрического поля конденсатора (если последний включен в данную цепь). Эта энергия в процессе протекания переменного тока в цепях со сдвигом фаз совершает непрерывные колебания между источником энергии и ее потребителем.
Активная, реактивная и полная мощности переменного тока связаны между собой соотношением
S2=P2+Q2. (1.28)
Это соотношение можно представить как векторную диаграмму, получаемую на основании диаграммы напряжений или токов, носящую название «треугольника мощностей» (рис. 1.9). Два катета этого треугольника представляют собой в том или ином масштабе активную и реактивную мощности (соответственно в кВт и квар), а гипотенуза — полную мощность (кВ А). Угол φ численно равен углу сдвига фаз тока и напряжения в цепи. Значение косинуса этого угла называют коэффициентом мощности.