Активная, реактивная и полная мощность

Реактивная мощность

В цепях переменного тока катушки и конденсаторы не рассеивают энергию — они лишь накапливают и отдают её. Однако, поскольку они потребляют ток при падении напряжения, они могут казаться потребляющими мощность. Это видимое потребление называется реактивной мощностью и измеряется в Вольт-Ампер Реактивных (ВАР), не в ваттах.

Стандартный символ для реактивной мощности — заглавная буква Q.

Активная мощность

Реальная, полезная энергия, доставляемая нагрузке, называется активной мощностью и измеряется в ваттах (Вт). Её символ — заглавная P.

Полная мощность

Когда эффекты резистивных и реактивных компонентов комбинируются, результатом является полная мощность. Это просто произведение RMS-напряжения и RMS-тока, независимо от фазового угла, выражается в Вольт-Амперах (ВА). Используемый символ — S.

Расчёт реактивной, активной и полной мощности

На практике активная мощность зависит от резистивных элементов (R) цепи; реактивная мощность связана с её реактивностью (X); а полная мощность отражает общий импеданс (Z). Поскольку напряжение, ток и импеданс могут быть комплексными числами, расчёты мощности опираются на их модули — полярные представления — а не на прямоугольные компоненты.

Например, для определения активной мощности из измерения тока используется модуль тока, а не только его вещественная или мнимая часть. Аналогично, расчёт полной мощности требует модулей напряжения и импеданса.

Скалярные уравнения мощности

Ниже приведены ключевые уравнения, связывающие три вида мощности с R, X и Z (все с использованием модулей). Изображение даёт полный набор.

Обратите внимание: есть две формулы для активной и реактивной мощности каждая, и три различных выражения для полной мощности — только одно из которых обычно используется для расчёта полной мощности.

Применим эти уравнения к трём каноническим сценариям:

• Чисто резистивная нагрузка
• Чисто реактивная нагрузка
• Нагрузка с резистивными и реактивными компонентами

Только резистивная нагрузка

Активная, реактивная и полная мощность для чисто резистивной нагрузки.

Только реактивная нагрузка

Активная, реактивная и полная мощность для чисто реактивной нагрузки.

Резистивно-реактивная нагрузка

Активная, реактивная и полная мощность для комбинированной резистивно-реактивной нагрузки.

Треугольник мощностей

Взаимосвязь между активной, реактивной и полной мощностью можно визуализировать как прямоугольный треугольник — обычно называемый треугольником мощностей:

Треугольник мощностей: полная мощность (гипотенуза), активная (прилежащий катет), реактивная (противолежащий катет).

Используя базовую тригонометрию, можно найти любую сторону, зная две другие или угол. Угол между напряжением и током, известный как угол коэффициента мощности, равен фазовому углу импеданса цепи.

Ключевые выводы

• Активная мощность (P) — реальная потреблённая энергия, измеряется в ваттах.
• Реактивная мощность (Q) — энергия, колеблющаяся между источником и реактивными элементами, измеряется в ВАР.
• Полная мощность (S) — комбинированный эффект обоих типов, измеряется в ВА.
• Три мощности образуют прямоугольный треугольник: S² = P² + Q², и коэффициент мощности = P / S.
• Точные расчёты мощности требуют использования модулей напряжения, тока и импеданса.

Связанный рабочий лист

• AC Power Worksheet