7.3 Реактивна потужність. Графік потужності

Миттєва потужність кола з індуктивністю характеризує швидкість перетворення енергії джерела в енергію магнітного поля котушки. Графік миттєвої потужності у колі з індуктивним елементом вказаний на (рис.7.3.) При напруга, а струм, тому миттєва потужність кола. У кінці першій чверті періоду струм, але напруга, то миттєва потужність. Таким чином, на початку і у кінці кожної чверті струм або напруга дорівнюють нулю, а отже і миттєва потужність дорівнює нулю. У їх проміжку потужність то буде позитивною, то негативною в залежності від знаку струму і напруги. У першу чверть періоду струм і напруга мають однаковий знак, тому потужність позитивна і коло споживає енергію, яка накопичується у магнітному полі котушки. При цьому енергія збільшується від нуля до максимумубез перетворення в інші види енергії. У другу чверть періоду струм і напруга мають різні знаки, тому потужність негативна і це означає, що запасена у магнітному полі енергія повертається до джерела. Потім процес повторюється.

Рисунок 7.3 - Графік миттєвої потужності у колі з індуктивним елементом

Миттєва потужність кола дорівнює добутку миттєвих значень струму і напруги:

Таким чином, миттєва потужність кола з індуктивністю змінюється за синусоїдою з подвійною частотою: два рази за період струму досягає позитивного максимуму і два рази - з такою ж за величиною негативного максимуму.

Середні значення потужності та енергії у цьому колі за період дорівнюють нулю, тому що воно то споживає енергію, то віддає її у тій же кількості джерелу. Чи якщо зсув фаз , то середня потужність (активна потужність) кола буде:. Тобто уся електромагнітна енергія котушки йде на створення магнітного поля, яке потрібне для роботи кіл з магнітопроводом (трансформаторів, електричних машин, апаратів тощо).

В колі відбуваються коливання енергії між джерелом і магнітним полем котушки. Тобто, через котушку протікає струм, який не виконує роботи і обумовлений лише коливаннями енергії, тому його називають реактивним, тобто цей струм безкорисно завантажує ЛЕП та генератор, що приводе до неповного використання встановленої потужності генератора і збільшенню втрат енергії у проводах. Так як середнє значення потужності за період дорівнює нулю, то амплітудне значення потужності у колі з індуктивністю називається реактивною потужністю котушки:

Вона характеризує швидкість обміну енергією між джерелом та колом з індуктивністю. Чим більше реактивна потужність, тим більша кількість енергії в одиницю часу передається до джерела від котушки і зворотно.

8 Коло з ємністю

8.1 Схема заміщення електричного кола з ємністю. Ємнісний опір та його залежність від частоти

Активний опір та індуктивність конденсаторів так малі, що ними можна знехтувати. Ідеальний ємнісний елемент (конденсатор) має ємність, яка характеризує його здатність накопичувати електричні заряди і створювати електричне поле. Позначення ємнісного опору в схемах та його залежність від частоти струму вказані на ( рис.8.1.)

1

2

Рисунок 8.1 - Позначення ємнісного опору в схемах (1) та його залежність від частоти струму (2)

Конденсатор характеризується реактивним ємнісним (ємнісним) опором:

де - ємність конденсатора,Ф

- кутова частота, с^-1

- частота струму, Гц

Реактивний опір ємності зворотно пропорційний частоті струму і ємності. При збільшенні частоти струму ємнісний опір зменшується. Якщо напруга на конденсаторі незмінна в часі, то заряд також не змінюється, отже струм конденсатору дорівнює нулю або, як видно з графіка залежності ємнісного опору від частоти, у колі постійного струму частота дорівнює нулю, то і струм відсутній. І навпаки, якщо, тоі струм буде максимально можливий.

Повний опір кола: