p=u·i - мгновенная мощность - произведение мгновенного напряжения на ток. Для синусоидальных токов и напряжений применим φu=0, φi= -φ, при этом мгновенные значения напряжения и тока будут
(3.32)
Мгновенная мощность
(3.33)
Мгновенная мощность имеет постоянную составляющую и гармоничную составляющую, частота которой в два раза больше частоты напряжения и тока.
Мгновенная мощность положительна, когда i и u имеют одинаковые знаки (т.е. одинаковое направление).
Когда мгновенная мощность отрицательна, энергия возвращается от потребителя к источнику. Это возможно, т.к. энергия периодически запасается в электрических и магнитных полях элементов цепи потребителя.
Среднее значение мгновенной мощности за период называется активной мощностью (или просто мощностью): [Вт]. (3.34)
Активная мощность, получаемая пассивным двухполюсником, не может быть отрицательной (cosφ≥0), т.к. пассивный двухполюсник потребляет энергию.
P=0 возможно, когда φ=+ π/2 (т.е. ёмкость или индуктивность).
Электрические машины конструируют для работы при определенных напряжениях и токах, поэтому их характеризуют полной мощностью:
S=U·I [B·A]. (3.35)
Полная мощность - это наибольшее значение активной мощности при заданных токах и напряжениях.
Коэффициент мощности: . (3.36)
Для лучшего использования электрических машин желательно иметь более высокий коэффициент мощности.
Реактивная мощность:
[вар]. (3.37)
Она положительна при отстающем токе φ>0 и отрицательна при опережающем токе. Соотношения: (3.38)
Мощность, выделяемая в цепи переменного тока
Мгновенное значение мощности переменного тока равно произведению мгновенных значений напряжения и силы тока:
где U(t)=U mcos wt, I(t)=I mcos(wt – j) (см. выражения (149.1) и (149.11)). Раскрыв cos(wt – j), получим
Практический интерес представляет не мгновенное значение мощности, а ее среднее значение за период колебания. Учитывая, что ácos2 w t ñ=1/2, ásin w t cos w t ñ = 0, получим
(152.1)
Из векторной диаграммы (см. рис. 216) следует, что U m сos j = RI m. Поэтому
Такую же мощность развивает постоянный ток .
Величины
называются соответственно действующими (или эффективными) значениями тока и напряжения. Все амперметры и вольтметры градуируются по действующим значениям тока и напряжения.
Учитывая действующие значения тока и напряжения, выражение средней мощности (152.1) можно запасать в виде
(152.2)
где множитель соs j называется коэффициентом мощности.
Формула (152.2) показывает, что мощность, выделяемая в цепи переменного тока, в общем случае зависит не только от силы тока и напряжения, но и от сдвига фаз между ними. Если в цепи реактивное сопротивление отсутствует, то cos j =1 и P=IU. Если цепь содержит только реактивное сопротивление (R =0), то cos j =0 и средняя мощность равна нулю, какими бы большими ни были ток и напряжение. Если cos j имеет значения, существенно меньшие единицы, то для передачи заданной мощности при данном напряжении генератора нужно увеличивать силу тока I, что приведет либо к выделению джоулевой теплоты, либо потребует увеличения сечения проводов, что повышает стоимость линий электропередачи. Поэтому на практике всегда стремятся увеличить соs j, наименьшее допустимое значение которого для промышленных установок составляет примерно 0,85.
СОЕДИНЕНИЯ ЗВЕЗДОЙ И ТРЕУГОЛЬНИКОМ
способы соединений элементов электрич. цепей, при к-рых ветвицепи образуют соответственно трёхлучевую звезду и треугольник. Наибольшее распространение С. з. и т.получили в трёхфазных электрич. цепях. При соединении звездой концы обмоток трёх фаз генератора(трансформатора, электродвигателя) объединяются в общую нейтральную точку, а начала обмотокприсоединяются к трём отходящим проводам ("линейные провода"). При соединении треугольником конецкаждой фазы соединяется с началом следующей и к полученным трём узлам присоединяются линейныепровода. Если и генератор и приёмник электроэнергии соединены звездой, то нейтр. точки могут бытьсвязаны четвёртым (нейтр.) проводом. У симметричных приёмников, соединённых звездой илитреугольником, сопротивления всех трёх фаз одинаковы. В симметричной трёхфазной цепи, соединённойтреугольником, напряжения Uл между линейными проводами равны напряжениям Uф на фазах приёмника,а силы тока в линейных проводах в корень из 3 раз больше, чем в фазах приёмника. При соединении звездойлинейные напряжения больше фазных в корень из 3 раз, а силы тока в линейных проводах и в фазаходинаковы. См. рис.
Схемы соединений звездой и треугольником трёхфазной (симметричной) цепи: а - звездой; б -треугольником; Uл - линейное напряжение; Uф - фазное напряжение; Iл - сила линейного тока; Iф - силафазного тока
Трансформатор – статический электромагнитный аппарат для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, той же частоты. Трансформаторы применяют в электрических цепях при передаче и распределении электрической энергии, а также в сварочных, нагревательных, выпрямительных электроустановках и многом другом.
Трансформаторы различают по числу фаз, числу обмоток, способу охлаждения. В основном используются силовые трансформаторы, предназначенные для повышения или понижения напряжения в электрических цепях.