Реактивная и активная мощность — что это в электрических сетях, определение, формулы

Бытовая жизнь каждого из нас неразрывно связана с физикой, её остовыми законами и понятиями. Электронные приборы, без которых наша жизнь кажется невозможной, имеют определённую мощность. Именно понятие мощность, реактивная и активная, будет в дальнейшем рассмотрено для более глубокого понимания темы.

Содержание

Определения

Каждый электроприбор, который подключается к электрической сети, работает на базе переменного тока. Данное замечание важное, так как именно в таких условиях в дальнейшем будет разбираться «мощность».

Мощность — физическая величина, которая отображает скорость передачи или преобразования энергии электричества. По-другому данный термин объясняют как соотношение работы к определённому промежутку времени, за который работа была совершена.

Более подробно понятие «мощность» можно разобрать на примере обычной лампочки накаливания. Лампочка потребляет электричество и то, с какой скоростью оно будет преобразовано в свет или тепло — и есть мощность лампочки.

Также из этого можно сделать следующий вывод: чем больше у электроприбора изначальная мощность (в нашем случае лампочка), тем большее количество электроэнергии он будет потреблять, а следовательно, даст больше света.

Активная мощность

Активная мощность — мощность, характеризующая конкретно процесс видоизменения энергии электричества во что-то другое. Измеряется в Ваттах (Вт) и обозначается буквой P.

Активная мощность встречается на ТЭС, АЭС, так как именно там вырабатывается напряжение, ведь потом именно оно поступает для потребления в наши дома и позволяет питать электричеством все электроприборы.

Реактивная мощность

Реактивная мощность — физическая величина, которая является характеристикой нагрузки, появляющейся в приборах электрической цепи из-за колебаний энергии электромагнитного поля.

Возникает данный феномен в цепи с переменным током. Из этого также выведена определенная зависимость: мощность равна произведению среднеквадратичных значений силы тока и напряжения. Представленная формула в последствии будет рассмотрена более подробно.

Самым важным отличием реактивной нагрузки является наличие индуктивности и ёмкости. Иными словами – это способность запасать энергию, для того чтобы позже передавать её в электрическую сеть.

Энергия электротока, которую преобразует индукционная нагрузка, сперва превращается в магнитное поле, а уже после в электрический ток. Пример: электромагниты, трансформаторы, асинхронные двигатели.

Ёмкостная нагрузка, аналогично индукционной, также преобразует энергию тока, однако не в магнитное поле, а в электрическое. Затем оно вновь превращается в электрический ток. Оба представленных процесса воспроизводятся за одну вторую полупериода. Примером могут послужить синхронные двигатели, батареи, конденсаторы.

По большей части, функция реактивной мощности заключается в блуждании от генератора электричества к потребителю и обратно. Однако, так как индуктивная нагрузка присутствует постоянно, то непременно появится и реактивный ток, который индукция потребляет.

По сути, данный процесс цикличен и, кажется, что бесконечен, но для того, чтобы электроны смогли постоянно двигаться по проводам – необходима активная энергия.

Физическое объединение реактивной и активной мощности

Существует такое понятие, как «полная мощность». Представленную величину можно вычислить геометрически — она равна корню суммы квадратов реактивной и активной мощностей. Обозначается такое понятие буквой S, а вычисляется она в Вольт-амперах (ВА).

В физике, для того чтобы зависимость между всеми мощностями была более понятна, существует «треугольник мощностей» - соотношение активной, реактивной и полной мощности.

Сперва следует мысленно представить прямоугольный треугольник, где катеты – это активная и реактивная мощности, а гипотенуза – полная. Следуя геометрическим законам, косинус угла фи будет равен отношению реактивной и активной, другими словами – это коэффициент мощности.

Данный коэффициент исчисляется в пределе от нуля до единицы или же в процентах, от нуля процентов до ста. Чем больше активная мощность, тем больше коэффициент, а следовательно, лучше показатели электроприбора.

Формулы для нахождения мощностей

В большинстве случаев на электрических приборах указана активная мощность и числовое значение коэффициента косинуса фи. Когда есть подобные данные – далее рассчитать необходимые величины не представляет никакой сложности.

Расчётная формула полной мощности соответствует перемножению силы тока и напряжения:

S = UxI, где
S – полная мощность,
U – электрическое напряжение,
I – сила тока.

Реактивная мощность записывается буквой Р и исчисляется в Вольтах (Вт), и она вместе с активной при сложении образуют полную мощность:

S=P+Q

Однако на практике данная формула будет находится другим путём:

S= √(P2+Q2)

Порой, для нахождения мощностей могут понадобится емкостные и индуктивные нагрузки. Для этого важно помнить о том, что при работе с индуктивной кривая точка всегда будет дальше от кривой напряжения на одну вторую полупериода. В это же время, при работе ёмкостной нагрузки кривая точка будет опережать кривую напряжения на одну вторую полупериода.

На практике коэффициента косинуса фи чаще всего указывают в описании электроприбора, но, если появляется необходимость самостоятельно измерить данную величину используется фазометр или цифровой ваттметр. Оба прибора значительно упрощают различные вычисления, хотя и рекомендуется пользоваться формулами для более точного теоретического расчёта.

Вычисление коэффициента мощности необходимо для того, чтобы скомпенсировать его недостаток путём включения в цепь дополнительных элементов.

Порой, появляется необходимость скомпенсировать реактивную мощность. Для этого в электрическую цепь включают реактивный прибор, который выполняет противоположную функцию к уже действующему электрическому объекту. Например, чтобы скомпенсировать работу асинхронного двигателя — подключается в параллель конденсатор. Работа синхронного двигателя компенсируется электромагнитом.

Из изученного можно сделать вывод, что активная и реактивная мощность неразрывно связаны, однако не противоположны друг другу. Вместе они объединяются в другое понятие «полная мощность», а также позволяют вычислить коэффициент косинуса фи.

Мощность (активная, реактивная или полная) – наиважнейшее понятие в физике, как теоретической, так и практической. Знать, что эти величины обозначают, какими путями (через формулы или с помощью специальных приборов) их можно вычислить будет интересно и важно не только для обучающихся в школе или инженеров, но и для обычных людей, желающих развиваться всесторонне.