Потужність та енергія
Щоб зрозуміти, що таке електрична потужність, насамперед необхідно знати поняття «енергія», це не що інше, як здатність будь-якого механізму чи пристрою виконувати роботу. Зміщення електричного заряду (Q) між двома точками, що зазнають різниці потенціалів (U), передбачає здійснення електричної роботи (Енергія) W = Q * U, як Q = I * t, тоді W = U * I * т. де I - струм ланцюга, а t - час. Робота, проведена в одиниці часу, є потужністю P, тому P = W/t = U * I * t/t = U * I. Електричну енергію можна виробляти, наприклад, генератор змінного струму, або споживати, наприклад, двигун.
Коли електричне обладнання або споживач підключені до ланцюга, що живиться від джерела електрорушійної сили (ЕРС), такого як акумулятор, електрична енергія, яку він подає, протікає через провідник, дозволяючи, наприклад, лампочці освітлення, трансформувати цю енергію в світлі та теплі, або якщо двигун може рухати машини, ця споживана енергія вимірюється в кВт-год. Згідно з визначенням фізики, «енергія ні створюється, ні руйнується, вона перетворюється». У випадку електричної енергії це перетворення проявляється в отриманні світла, тепла, холоду, руху чи іншої корисної роботи, яку виконує будь-який пристрій, підключений до замкнутого електричного кола.
Потужність постійного струму
Що стосується постійного струму (постійного струму), електрична потужність, що виробляється в певний момент двотермінальним пристроєм, є продуктом різниці потенціалів між зазначеними клемами та інтенсивності струму, який проходить через пристрій. З цієї причини потужність пропорційна струму та напрузі. Це є
Де W - енергія.
Спрощення часу залишається.
Де I - миттєве значення струму, а V - миттєве значення напруги. Якщо I виражається в амперах, а V у вольтах, P буде виражатися у ватах (ватах). Те саме визначення застосовується при розгляді середніх значень для I, V і P. Коли пристрій є резистором з величиною R або може бути розрахований еквівалентний опір пристрою, потужність також може бути розрахована як,
P = R * I2 = U2/R
Потужність змінного струму
Розрахунок електричної потужності в ланцюзі змінного струму стає більш складним через різницю фаз, спричинену певними споживачами між струмом та напругою. З цієї причини, коли мова йде про синусоїдальний змінний струм (AC), середня електрична потужність, що виробляється двотермінальним пристроєм, є функцією середньоквадратичного значення або середньоквадратичного значення, різниці потенціалів між клемами та інтенсивності струм, що проходить через пристрій.
Якщо до ланцюга з кутовою швидкістю w та піковим значенням V0 подається синусоїдальна напруга V (t), така що. V (t) = V0 * sin (wt). Це спричинить у випадку індуктивної схеми (найпоширеніший випадок) струм I (t) поза фазою на кут Ø відносно прикладеної напруги.
I (t) = I0 * гріх (мас - Ø)
Для чисто резистивного випадку фазовий кут можна прийняти за нуль. Миттєва потужність буде подана як добуток попередніх виразів:
P (t) = V0 * I0 * sin (wt) * sin (wt - Ø)
Застосовуючи тригонометрію, попередній вираз можна перетворити на такий:
Підставивши пікові значення на ефективні:
P (t) = V * I cos (Ø) - V * I cos (2wt - Ø)
Таким чином, для потужності отримують постійне значення V * I cos (Ø) та іншу змінну з часом V * I cos (2wt - Ø), перше значення називається активною потужністю, а друге коливається.
І в індуктивній, і в ємнісній ланцюгах струм відстає від напруги під кутом Ø, через що в електричному струмі з’являються активні та реактивні компоненти, а загальний або видимий струм ланцюга є векторною сумою обох компонентів, відбувається щось дуже подібне з електричною потужністю ланцюга. На малюнку показано поведінку напруги та струму в індуктивних та ємнісних ланцюгах, тут видно, що активна складова струму знаходиться у фазі з напругою, а реактивна складова знаходиться в квадратурі з ним.
Значення цих компонентів можна обчислити наступним чином.
Виникнення в струмі активної та реактивної складових змушує потужність поводитися однаково, в результаті чого в ланцюгах змінного струму з’являються три типи потужності.
Повна або очевидна потужність, яка представлена літерою S.
Реактивна потужність, представлена літерою Q.
Активна потужність, представлена літерою P.
Повна або загальна потужність
Уявна потужність (S), яку також називають "сумарною потужністю", є результатом геометричної суми активної та реактивної потужностей. Ця потужність фактично постачається електростанцією, коли вона працює у вакуумі, тобто без будь-якого типу підключеного навантаження, тоді як потужність, споживана навантаженнями, підключеними до електричного кола, є активною потужністю (P).
Уявна потужність представлена літерою "S", а її одиницею виміру є вольт-ампер (ВА). Математична формула для визначення значення цього типу потужності така:
S = видима або повна потужність, виражена у вольт-амперах (ВА)
V = напруга струму, виражене у вольтах
I = Інтенсивність електричного струму, виражена в амперах (А)
Активна потужність
Це потужність, в якій процес перетворення електричної енергії використовується як корисна робота, різні існуючі електричні пристрої перетворюють електричну енергію в інші форми енергії, такі як: механічну, легку, теплову, хімічну тощо. Він задається дійсним числом «Інтенсивність і напруга в опорі, наприклад, нагрівач, підключений в ланцюзі змінного струму, мають однакову фазу. Крива активної потужності завжди позитивна.
Коли резистор (R) або резистивне навантаження підключені до ланцюга змінного струму, корисна робота, яку створює навантаження, визначатиме активну потужність, яку повинен забезпечити джерело електрорушійної сили (ЕРС). Активна потужність представлена буквою (P), а її одиницею виміру є ват (W). Найбільш широко використовувані кратні коефіцієнти ват: кіловат (кВт) і мегават (МВт) і субмножини, міліват (МВт) і мікроватта (Вт).
Математична формула для визначення активної потужності, споживаної будь-яким електричним обладнанням, коли воно підключене до однофазного кола змінного струму, є наступною:
P = I * U cos Ø
V = напруга струму, виражене у вольтах
I = Інтенсивність електричного струму, виражена в амперах (А)
cos Ø = cos кута або коефіцієнта потужності.
Реактивна потужність
Потужність, що розсіюється реактивними навантаженнями (котушки або індуктори та конденсатори або конденсатори). Це стає очевидним, коли відбувається передача енергії між приймачами та джерелом, це спричиняє втрати в провідниках, падіння напруги в них та споживання додаткової енергії, яка безпосередньо не використовується приймачами. Оскільки він складається з котушок і конденсаторів, важливо знати, що котушки приймаються позитивними, а конденсатори негативними. Їх можна додати алгебраїчно.
Як правило, це пов'язано з внутрішніми магнітними полями двигунів і трансформаторів. Вимірюється в KVArth. Оскільки ця енергія спричиняє перевантаження в лініях трансформатора та генератора, не виробляючи корисної роботи, її необхідно нейтралізувати або компенсувати.
Реактивна потужність знаходиться на уявній осі Y, а активна - на реальній осі X, саме тому вона утворює прямокутний трикутник, величина гіпотенузи якого називається "видимою" потужністю.
Реактивна або індуктивна потужність не забезпечує ніякої корисної роботи, але пристрої, що мають обмотки з мідного дроту, потребують такого типу потужності, щоб створити магнітне поле, з яким вони працюють. Одиницею вимірювання реактивної потужності є реактивний вольт-ампер (VAR). Воно подається уявними числами.
Математична формула для визначення реактивної потужності електричного кола така:
V = напруга струму, виражене у вольтах
I = Інтенсивність електричного струму, виражена в амперах (А)