Мощност и енергия
За да се разбере какво е електрическа мощност, първо е необходимо да се знае понятието "енергия", това не е нищо повече от капацитета на всеки механизъм или устройство за извършване на работа. Изместването на електрически заряд (Q) между две точки, подложени на потенциална разлика (U) предполага реализирането на електрическа работа (Енергия) W = Q * U, като Q = I * t, тогава W = U * I * т. където I е токът на веригата и t е времето. Работата, извършена в единица време, е мощността P, така че P = W/t = U * I * t/t = U * I. Електрическата енергия може да се произвежда, например алтернатор, или да се консумира, например двигател.
Когато електрическо оборудване или потребител са свързани към верига, захранвана от източник на електродвижеща сила (ЕМП), като батерия, електрическата енергия, която доставя, преминава през проводника, позволявайки например крушка за осветление да трансформира тази енергия в светлина и топлина, или мотор може да движи машини, тази консумирана енергия се измерва kWh. Според дефиницията на физиката „енергията нито се създава, нито се разрушава, тя се трансформира“. В случай на електрическа енергия, тази трансформация се проявява в получаване на светлина, топлина, студ, движение или друга полезна работа, извършена от всяко устройство, свързано към затворена електрическа верига.
DC мощност
Когато става въпрос за постоянен ток (DC), електрическата мощност, развита в определен момент от двутерминално устройство, е продукт на потенциалната разлика между споменатите клеми и интензитета на тока, който преминава през устройството. По тази причина мощността е пропорционална на тока и напрежението. Това е
Където W е енергията.
Опростяването на времето остава.
Където I е моментната стойност на тока, а V е моментната стойност на напрежението. Ако I се изразява в ампера и V във волта, P ще се изразява във ватове (ватове). Същата дефиниция се прилага при разглеждане на средни стойности за I, V и P. Когато устройството е резистор с R-стойност или може да се изчисли еквивалентното съпротивление на устройството, мощността може да се изчисли и като,
P = R * I2 = U2/R
Мощност в променлив ток
Изчисляването на електрическата мощност във верига на променлив ток става по-сложно поради фазовата разлика, причинена от определени консуматори между тока и напрежението. Поради тази причина, когато става въпрос за синусоидален променлив ток (AC), средната електрическа мощност, разработена от двутерминално устройство, е функция на средно-средните стойности или средните квадратни стойности, на потенциалната разлика между терминалите и на интензитета на ток, преминаващ през устройството.
Ако се прилага синусоидално напрежение V (t) към верига с ъглова скорост w и пикова стойност V0, така че. V (t) = V0 * sin (wt). Това ще предизвика, в случай на индуктивна верига (най-често срещаният случай), ток I (t) извън фазата с ъгъл Ø по отношение на приложеното напрежение.
I (t) = I0 * sin (wt - Ø)
За чисто резистивния случай фазовият ъгъл може да се приеме за нула. Моменталната мощност ще бъде дадена като произведение на предишните изрази:
P (t) = V0 * I0 * sin (wt) * sin (wt - Ø)
Прилагайки тригонометрия, предишният израз може да се трансформира в следното:
Замяна на пиковите стойности с ефективните:
P (t) = V * I cos (Ø) - V * I cos (2wt - Ø)
Така за мощността се получава постоянна стойност, V * I cos (Ø) и друга променлива с времето V * I cos (2wt - Ø), първата стойност се нарича активна мощност, а втората флуктуираща мощност.
И в индуктивната, и в капацитивната верига токът изостава от напрежението под ъгъл Ø, което кара активните и реактивните компоненти да се появяват в електрическия ток, а общият или привидният ток на веригата е векторната сума на двата компонента, случва се нещо много подобно с електрическата мощност на веригата. Фигурата показва поведението на напрежението и тока в индуктивни и капацитивни вериги, тук може да се види, че активният компонент на тока е във фаза с напрежението и реактивният компонент е в квадратура с него.
Стойностите на тези компоненти могат да бъдат изчислени по следния начин.
Появата на активен и реактивен компонент в тока кара силата да се държи по същия начин, което води до три вида мощност, появяваща се в вериги с променлив ток.
Пълна или привидна мощност, представена с буквата S.
Реактивна мощност, представена с буквата Q.
Активна мощност, представена с буквата P.
Привидна или обща мощност
Привидната мощност (S), наричана още "обща мощност", е резултат от геометричната сума на активната и реактивната мощност. Тази мощност е това, което електрическата централа всъщност доставя, когато работи под вакуум, т.е. без никакъв тип свързан товар, докато мощността, консумирана от натоварванията, свързани към електрическата верига, е активна мощност (P).
Привидната мощност е представена с буквата "S" и нейната мерна единица е волт-ампер (VA). Математическата формула за намиране на стойността на този тип мощност е следната:
S = привидна или обща мощност, изразена във волт-ампери (VA)
V = Напрежение на тока, изразено във волта
I = интензитет на електрическия ток, изразен в ампер (A)
Активна мощност
Това е мощността, в която процесът на преобразуване на електрическата енергия се използва като полезна работа, различните съществуващи електрически устройства преобразуват електрическата енергия в други форми на енергия като: механична, светлинна, топлинна, химическа и др. Дава се с реално число „Интензитетът и напрежението в съпротивлението, например нагревател, свързан във верига на променлив ток, имат една и съща фаза. Кривата на активната мощност винаги е положителна.
Когато резистор (R) или резистивен товар са свързани в променливотокова верига, полезната работа, която генерира натоварването, ще определи активната мощност, която източникът на електродвижеща сила (EMF) ще трябва да осигури. Активната мощност е представена с буквата (P) и нейната мерна единица е ватът (W). Най-често използваните кратни на вата са: киловат (kW) и мегават (MW) и субмножители, миливат (mW) и микроват (W).
Математическата формула за намиране на активната мощност, консумирана от всяко електрическо оборудване, когато е свързано към еднофазна верига на променлив ток, е следната:
P = I * U cos Ø
V = Напрежение на тока, изразено във волта
I = интензитет на електрическия ток, изразен в ампер (A)
cos Ø = cos на ъгъла или фактора на мощността.
Реактивна мощност
Мощност, разсейвана от реактивни товари (намотки или индуктори и кондензатори или кондензатори). Става очевидно, когато има трансфер на енергия между приемниците и източника, той причинява загуби в проводниците, спадане на напрежението в тях и консумация на допълнителна енергия, която не може да се използва директно от приемниците. Тъй като се състои от намотки и кондензатори, важно е да се знае, че намотките се приемат положителни, а кондензаторите отрицателни. Те могат да се добавят алгебрично.
Обикновено се свързва с вътрешните магнитни полета на двигатели и трансформатори. Измерва се в KVArth. Тъй като тази енергия причинява претоварване в трансформаторните и генераторните линии, без да произвежда полезна работа, е необходимо тя да бъде неутрализирана или компенсирана.
Реактивната мощност е върху въображаемата ос Y, а активната мощност е върху реалната ос X, като по този начин се образува правоъгълен триъгълник, чиято величина на хипотенузата се нарича "привидна" мощност.
Реактивната или индуктивната мощност не осигурява никаква полезна работа, но устройствата, които имат намотки от медна тел, изискват този тип мощност, за да генерират магнитното поле, с което работят. Мерната единица за реактивна мощност е реактивният волт-ампер (VAR). Дава се от въображаеми числа.
Математическата формула за намиране на реактивната мощност на електрическа верига е следната:
V = Напрежение на тока, изразено във волта
I = интензитет на електрическия ток, изразен в ампер (A)