Мощность переменного тока и cos φ
Цель: Научиться различать активную, реактивную и полную мощности, понимать cos φ и его влияние на ток сети.
Три мощности
В синусоидальной однофазной цепи различают:
- полную мощность S, В·А;
- активную мощность P, Вт — реально преобразуется в механическую работу, тепло, свет и т. п.;
- реактивную мощность Q, вар — связана с периодическим обменом энергией между источником и реактивными элементами.
Формулы
Между величинами выполняется S²=P²+Q². Коэффициент мощности для синусоидального режима cosφ=P/S.
Почему cos φ важен
При одной и той же активной мощности уменьшение cosφ требует большего тока. Больший ток увеличивает потери I²R, падение напряжения и загрузку кабелей, трансформаторов и коммутационных аппаратов.
Компенсация реактивной мощности
Для индуктивных промышленных нагрузок реактивную мощность часто компенсируют конденсаторными установками. Задача — уменьшить реактивный ток, протекающий по питающей сети. Компенсацию рассчитывают по фактической нагрузке; бесконтрольное подключение конденсаторов может создать перекомпенсацию или нежелательные режимы.
Треугольник мощностей
Мощности удобно изображать прямоугольным треугольником: по горизонтали P, по вертикали Q, гипотенуза S. Угол между S и P равен φ, поэтому cosφ=P/S. Для индуктивной нагрузки Q обычно рассматривают положительной, для ёмкостной — противоположного знака в принятой системе отсчёта.
Счётчик активной энергии учитывает именно активную составляющую, но кабель и трансформатор нагреваются от фактического тока, связанного с полной мощностью. Отсюда экономический и технический смысл компенсации реактивной мощности на промышленных объектах.
Типичная ошибка
Что нужно запомнить
- S=UI, P=UIcosφ, Q=UIsinφ.
- cosφ=P/S показывает долю полной мощности, превращающуюся в активную при синусоидальном режиме.
- Низкий cosφ увеличивает ток при той же активной мощности.
- Реактивная мощность нагружает сеть, хотя не превращается непрерывно в полезную работу.