Мощность электрического тока в переменной цепи

Из курса физики известно, что мощность – это работа, совершаемая за единицу времени. Т.е можно сказать, сколько электроэнергии будет потреблять прибор в единицу времени. Все наверное обращали внимание на обозначения мощности на электроприборах и возможно задумывались, почему на разных приборах мощность обозначается по разному. Давайте разберемся.

Для начала надо сказать, что все работающие электрические установки потребляют активную и реактивную мощности и энергию, но например, лампы накаливания и нагревательные приборы потребляют практически только активную мощность, в то время как электродвигатели, трансформаторы, дроссели потребляют и активную и реактивную мощности.

Активная мощность

Активная энергия преобразуется потребителями в другие виды полезной энергии — тепловую, световую, механическую и т.д.  То есть это та энергия, которая совершает полезную работу. При этом форма тока в точности повторяет форму напряжения на нагрузке, сдвиг фаз между силой тока и напряжением равен = 0.

Определяется активная мощность по формуле P = UIcosφ. В этом случае считаем, что cos φ =1. Измеряется активная мощность в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт).

Реактивная мощность

Реактивная мощность — это мощность, идущая на создание переменного магнитного потока (магнитного поля). То есть это энергия, которая не рассеивается на нагрузке, а сначала накапливается в ее магнитном поле , а затем возвращается обратно источнику. Реактивная составляющая возникает там, где имеется индуктивная и емкостная нагрузка, т.е. любой электроприбор, где есть, например, обмотки, катушки, имеет реактивную нагрузку (вентилятор, холодильник). При этом в такой нагрузке будет присутствовать сдвиг фаз между силой тока и напряжением равный 90°.

Реактивная составляющая необходима для работы многих электрических приборов, но при этом она вызывает ряд нежелательных последствий: вызывает нагрев проводников, плохо влияет на сеть,  добавляя в нее реактивную составляющую, что плохо сказывается на потребителях. Поэтому на предприятиях для уменьшения реактивных токов используются установки компенсации реактивной мощности.

Рассчитывается реактивная мощность по формуле Q = UIsinφ. Реактивную мощность измеряют в вольт-амперах реактивных (Вар) или киловольт-амперах (кВар).

Полная мощность

Полная мощность (S) складывается из активной мощности и реактивной мощности. Полная мощность указывается в вольт-амперах (ВА) или киловольт-амперах (кВА). Определяется по формуле S = UI.

Коэффициент мощности

Отношение активной мощности к полной мощности электроустановки называется коэффициентом мощности:

• S – Полная мощность
• P – Активная мощность
• Q – Реактивная мощность

Коэффициент мощности зависит от характера и величины нагрузки. Его можно определить по показаниям счетчика активной и реактивной энергии за определенный промежуток времени (сутки, месяц, год) по формуле:

• Wа — разность показаний счетчика активной энергии.
• Wр — разность показаний счетчика реактивной энергии.

Полученный таким образом коэффициент мощности называется средневзвешенным, т. е. средним.

При низком коэффициенте мощности увеличиваются потери энергии в проводах, а при сохранении потерь неизменными, требуется применение проводов увеличенного сечения.  Соответственно, чем выше cos φ, тем меньше тока требуется для преобразования электроэнергии в другие виды энергии. Это приводит к уменьшению потерь электроэнергии, ее экономии.

Таким образом, коэффициент мощности является показателем эффективности использования электрической энергии.