Мощность переменного тока

5. Мощность переменного тока

В сложной электрической цепи, состоящей из разнородных элементов R, L, C, одновременно происходят следующие физические процессы:
а) необратимый процесс преобразования электрической энергии в другие виды (тепловую, механическую и др.), который называется активным;
б) обратимый процесс колебания энергии между переменным электри­ческим полем конденсаторов , магнитным полем кату­шек и источником энергии, который называется реактивным.
Процесс преобразования и процесс колебания энергии взаимно накладываются друг на друга, создавая в цепи единый сложный энергетический процесс.
Пусть электрическая цепь носит активно-индуктивный характер и может быть представлена простой схемой, состоящей из источника ЭДС е и пассив­ных элементов R и  L, включенных последовательно (рис. 39):


Напряжение и ток на входе схемы как функции времени и их комплексные изображения будут равны:
;
.
Мгновенная мощность, как функция времени, состоит из двух слагаемых:

Первое слагаемое  характеризует процесс преобразования электрической энергии в другие виды (активный процесс). Второе слагаемое   изменяется по периодическому закону с частотой 2w и характеризует процесс обмена энергией между магнитным полем приемника и источником энергии (реактивный процесс).
Количество энергии, которое преобразуется в приемнике в другие виды в единицу времени, называется активной мощностью P. Математически активная мощность может быть получена как среднее значение мгновенной мощно­сти за период:

Реактивная мощность Q характеризует интенсивность обмена энергией между магнитным полем приемника и источником и определяется по формуле:

Реактивная мощность индуктивного характера  положительна, а  емкостного характера  отрицательна. Противоположность знаков указы­вает на тот факт, что колебания энергии в разнородных элементах совершаются в противофазе.
В технике используется понятие полной мощности S, которая не имеет физического смысла и определяется по формуле:
  .
Мощности S, P, Q образуют прямоугольный треугольник, который на­зывается треугольником мощностей (рис. 40).

Хотя физическая размерность мощностей S, P, Q одинакова, а именно , для каждой из них на практике применяется своя единица измерения: для активной мощности P - ватт , для реактивной мощности Q -  вольтампер реактивный , для полной мощности S - вольтампер .
В соответствии с законом сохранения энергии в цепи переменного тока должны балансироваться независимо друг от друга активные и реактивные мощности приемников и источников энергии: и . Баланс для полных мощностей не соблюдается.
При расчете цепей переменного тока комплексным методом мощности S, P, Q представляют в комплексной форме:

 где - сопряженный комплекс тока .
Таким образом
                      - модуль  комплексной мощности;
                      - вещественная часть;
                      - мнимая часть.

 

Страница обновлена: 27.09.2016