Мощность в цепи синусоидального тока

Произведение мгновенных значений напряжения и тока в цепи называют мгновенной мощностью, т.е.

.

При использовании действующих значений напряжения и тока можно получить выражение

Из этого выражения следует, что мгновенная мощность в цепи синусоидального тока имеет постоянную и переменную составляющие. Переменная составляющая изменяется во времени с удвоенной частотой.

При мгновенная мощность изменяется по синусоидальному закону относительно прямой , и имеет положительные и отрицательные значения. Положительные значения соответствуют поступлению энергии в цепь, где она частично расходуются в виде тепла в активных сопротивлениях. Отрицательные значения мощности соответствуют возвращению к источнику энергии, запасенной в реактивных элементах. При этом энергия, поступающая от источника в цепь больше возвращаемой, так как часть энергии расходуется в цепи.

Рис.65.

Рис.66.

Рис. 67.

При мгновенная мощность изменяется по синусоидальному закону относительно прямой UI с удвоенной частотой, принимая положительные и отрицательные значения. Энергия в этом случае поступает в цепь. Если в цепи есть C и L (при резонансе напряжений), то между ними происходит обмен энергией без возвращения к источнику.

При мгновенная мощность изменяется по гармоническому закону с удвоенной частотой. Положительные и отрицательные значения равны, следовательно вся мощность возвращается источнику. Такая цепь содержит идеальные L и C.

Среднее значение мощности за период называется активной мощностью, которая равна

Она характеризует энергию, которая передается от источника к нагрузке, где превращается в другие виды энергии (например, тепловую - электрическую).

Множитель называют коэффициентом мощности. Чем больше , тем больше активная мощность. Активную мощность можно также рассчитать по формулам

,

где r – активное сопротивление, а g – активная проводимость цепи.

Произведение действующих напряжений, тока и называют реактивной мощностью

.

Она характеризует энергию, которая периодически циркулирует между источником и нагрузкой.

При , т.е. при индуктивной нагрузке .

При , т.е. при емкостной нагрузке .

Для реактивной мощности можно получить

,

где Х, в – реактивное сопротивление и проводимость, соответственно.

Произведение действующих значений напряжения и тока называют полной мощностью

Она характеризует предельно активную мощность при .

Учитывая, что

,

где z и y – полное сопротивление и полная проводимость цепи.

Соотношения между активной, реактивной и полной мощностями можно найти из рассмотрения “треугольника мощностей”.

Из диаграммы следует

или .

Рис.68.

Таким образом коэффициент мощности показывает какую часть полной мощности составляет активная мощность.