Сегодня я постараюсь объяснить простым языком, что же такое реактивная мощность электрической энергии.
Активная мощность
Для начала, расскажу про наиболее привычную нам активную мощность, за которую мы, собственно, и платим по счётчику. Эта мощность, потребляемая нагрузкой типа обычного сопротивления. Как правило, это все нагревательные приборы (бойлеры, обычные электроплитки, электро калориферы и т.п.). Потребляемая мощность этих приборов полностью активная. В этих приборах электрическая энергия безвозвратно и полностью преобразуется в другой вид энергии (тепловую и другие).
Активная мощность обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).
Величина активной мощности, потребляемой такими приборами считается просто — умножением напряжения в розетке на ток, протекающей в цепи включенного нагревательного прибора:
P = U * I
Тут всё просто. Нагрузка пассивна, постоянна, никаких неожиданностей.
Замечу, что в цепях постоянного тока существует только активная мощность, поскольку значение мгновенной и средней мощности там совпадают.
Реактивная мощность
Если включить в сеть переменного тока не нагревательный прибор, а, например, электромагнит, то помимо активной, в цепи возникает реактивная энергия, которая с частотой переменного тока то потребляется прибором, то возвращается обратно в сеть. Эта энергия переносится от источника к электромагниту и обратно дважды за период, каждую четверть периода меняя направление.
Это происходит из-за того, что при потреблении электроэнергии, например, обмоткой магнита, каждый полупериод в нём происходит временное запасание энергии в магнитном поле катушки, и последующая отдача её назад, из-за чего происходит рассинхронизация синусоид величин напряжения и тока в сети.
Изменения тока в цепи отстаёт от соответствующих синусоидальных изменений напряжения. Такое поведение присуще любой т.н. индуктивной нагрузке (трансформаторы, электродвигатели, дроссели, электромагниты).
Помимо индуктивной нагрузки существует емкостная (различные электронные устройства с конденсаторами, как накопителями энергии, например, в импульсном блоке питания), в которой ток, наоборот, опережает напряжение за счёт временного накопления энергии конденсаторами и последующей отдачи её назад. И в том и в другом случае в цепи помимо активной возникает реактивная энергия.
Вред реактивной энергии в электроэнергетике очевиден — она никак не используется, но шляется туда-сюда по проводам, дополнительно нагружая их. Кроме того, при таком «шлянии» эта энергия ещё и частично теряется, преобразуясь в активную энергию при нагреве проводов. Однако в радиотехнике реактивная мощность может быть и полезной (например, в колебательных контурах).
Реактивная мощность обозначается буквой Q и измеряется в вольт-амперах реактивных (вар).
Для вычисления доли реактивной мощности применяется формула:
Q = U * I * sin φ, где:
sin φ — коэффициент мощности, показывающий, какую долю полной мощности составляет реактивная мощность.
Для вычисления активной мощности в сетях с реактивной составляющей применяется формула:
P = U * I * cos φ, где:
cos φ — коэффициент мощности, показывающий, какую долю полной мощности составляет активная мощность.
Коэффициенты мощностей разных приборов обычно указываются в паспортах на них.
Неактивная мощность
Неактивная мощность (пассивная мощность) — это вся мощность кроме активной, т.е. как реактивная мощность, так и мощность любых нелинейных искажений синусоиды, в том числе и мощность колебаний в колебаниях (высших гармоник).
Неактивная мощность обозначается буквой N и измеряется в вольт-амперах реактивных (вар).
Нелинейные искажения могут быть вызваны такой нелинейной нагрузкой, как, например, импульсные блоки питания без корректора коэффициента мощности.
Полная мощность
Полная мощность — эта вся мощность, и активная и неактивная.
Полная мощность обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА).
Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощности:
S = √(P² + N²)
В случае линейной (равномерной на протяжении периода) нагрузки полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной мощности. В этом случае неактивная мощность полностью состоит из реактивной составляющей.
S = √(P² + Q²)
То есть, полная мощность получается не лобовым сложением активной и неактивной частей, а по закону прямоугольного треугольника:
Надеюсь, я немного прояснил данный вопрос.
Если тема всё ещё непонятна, почитайте мою новую статью, где я более тщательно расписал физику процесса.
Ставьте лайки, если статья понравилось. Пишите комментарии.
Делитесь также этой статьёй в социальных сетях (соответствующие кнопочки рядом со статьёй в наличии) и, конечно, подписывайтесь на мой канал! Жду ваших отзывов! Удачи!