Мощности в цепи гармонического тока

Мгновенная мощность тока в каком - либо участке цепи определяется произведением мгновенных значений напряжения и тока:

При гармонически изменяющихся напряжении и токе

. (2. 26)

Эта мощность изменяется во времени и пользоваться ею для анализа цепи невозможно. Энергетические свойства цепи характеризуются средней мощностью- работой тока, отнесенной к периоду:

. (2. 27)

Среднее за период значение мгновенной мощности называется активной мощностью. Единица измерения активной мощности - Ватт (Вт).

Подставляя формулу (2. 26) в интеграл (2. 27) и учитывая, что

получим

. (2. 28)

Если сдвиг фаз равен нулю, то . В электронике активную мощность принято выражать через амплитудные значения напряжения и тока. Это связано с особенностью работы электронных устройств. Например, амплитудное значение выходного напряжения усилителя не должно превышать допустимой (с точки зрения пробоя транзистора) величины. В электроэнергетике мощность принято рассчитывать через действующие значения напряжения и тока: . Активная мощность таких устройств, как генератора и трансформатора, зависит от напряжения, тока и угла сдвига фаз нагрузки, который может меняться. Поэтому генераторы и трансформаторы удобно характеризовать полной мощностью , равной произведению действующих напряжений и тока.

Эта мощность является максимальной активной мощностью при и допустимых (номинальных) напряжении и токе. Она называется также установочной, или габаритной, так как она определяет габариты генераторов и трансформаторов. Единица измерения полной мощности - вольт- ампер (ВА).

В некоторых случаях находит применение активная мощность, величина которой определяется формулой . Эта мощность положительна при индуктивном характере цепи (Q > 0 при > 0), и отрицательна при емкостном. Единицу мощности в применении к измерению реактивной мощности называют “ВАР” (от сокращения слов “вольт”, “ампер” и “реактивный”). Реактивной мощностью характеризуют конденсаторы, работающие при больших напряжениях и токах. Например, конденсаторы в сглаживающих фильтрах мощных выпрямителей.

Активная, реактивная и полная мощности связаны соотношениями:

.

Для увеличения коэффициента мощности приемника следует уменьшать реактивную и увеличивать активную мощности. Графически соотношение между мощностями можно представить в виде треугольника мощностей (рисунок 2.13).

а) б)

Рисунок 2. 13

Мощности электрической цепи могут быть выражены через ее параметры z, r, g, x. Подставляя, например, в формулу (2. 28) вместо его выражение через : , получим или, учитывая, что , . Если вместо подставить , то, с учетом , получим . Аналогично можно выразить полную и реактивную мощности.