Существуют разные устройства, работающие от электрической сети переменного тока, и каждое из этих устройств индивидуально. Лампа накаливания, например, сразу преобразует энергию проходящего через нее электрического тока — в свет и тепло, при этом мы НЕ можем сказать, что какая-нибудь часть электрической энергии из лампы периодически возвращается обратно в сеть.
Сколько энергии в нить накаливания пришло — на столько лампа греет и светит. Если же начать пропускать через лампу большую мощность — она просто перегорит, но не сумеет вернуть излишки энергии в сеть.
Нагрузки такого рода называются активными нагрузками. Их мощность измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и т. д.
Однако встречаются и такие приборы, в которых часть полученной от сети электрической энергии переменного тока, прежде чем она будет необратимо преобразована в другой вид энергии (по-умолчанию — в полезную работу, такую как излучение, нагрев или перемещение тела), может накапливаться в форме энергии переменных электрических и (или) магнитных полей, колебаться, даже излучаться, при этом циркулировать между (источником) сетью и потребителем.
В таких случаях говорят, что устройство потребляет от сети полную мощность S такую-то, а активная мощность P — такая-то.
При этом активная мощность P измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и т. д., а полная мощность S — в вольт-амперах (ВА), киловольт-амперах (кВА) и т.д.
Активная мощность — это мощность, которая преобразуется в потребителе из электрической энергии в полезную работу, например, в тепло, свет или движение. Ее единицей измерения является Вт (ватт), кВт (киловатт) и т.д.
Полная мощность — это мощность, которая подается к потребителю от сети переменного тока для его нормальной работы. Она равна произведению действующих значений напряжения в вольтах и тока в амперах. Ее единицей измерения является ВА (вольт-амперы), кВА (киловольт-амперы) и т.д.
Реактивная мощность — это мощность, которая периодически передается от сети к потребителю и обратно, не совершая полезной работы. Она возникает из-за сдвига фаз между напряжением и током в цепях с индуктивностью или ёмкостью. Ее единицей измерения является ВАр (вольт-амперы реактивные), кВАр (киловольт-амперы реактивные) и т.д.
Коэффициент мощности cos фи (косинус фи) — это отношение активной мощности к полной мощности. Он характеризует эффективность использования электрической энергии в цепи. Его значение лежит в пределах от 0 до 1. Чем ближе коэффициент мощности к единице, тем меньше реактивная мощность и тем выше качество электроэнергии. Его единицей измерения является безразмерная величина.
Связь между активной, реактивной и полной мощностью можно представить в виде векторной диаграммы или теоремы Пифагора. Полная мощность является гипотенузой прямоугольного треугольника, активная мощность — катетом, прилежащим к углу фи, а реактивная мощность — катетом, противолежащим к углу фи.
Связь между полной, активной и реактивной мощностью можно выразить через коэффициент мощности cos фи, который показывает, какая часть полной мощности является активной. Формула такая: P = S х cos фи, где P — активная мощность, S — полная мощность, ? — угол сдвига фаз между напряжением и током.
Почему же мощность трансформаторов (и генераторов) указывают в кВА, а не в кВт? Дело в том, что кВт — это единица активной мощности, которая совершает полезную работу в нагрузке. А кВА — это единица полной мощности, которая учитывает и активную, и реактивную составляющие тока.
Реактивная мощность не совершает работы, но создает дополнительную нагрузку на сеть и оборудование. Поэтому для правильного подбора и расчета трансформаторов и генераторов необходимо знать их полную мощность, а не только активную.
Полезная работа электродвигателя переменного тока — это механическая нагрузка на его валу. Здесь по сути осуществляется перемещение тела под действием силы на определенное расстояние. Необратимо преобразуемая при этом энергия измеряется в джоулях (Дж), а скорость данного ежесекундного преобразования энергии — в ваттах.
Мощность двигателей переменного тока измеряют в ваттах (Вт) и киловаттах (кВт), поскольку, хотя двигатель и обладает некоторой реактивной составляющей, он, тем не менее, может быть безопасно нагружен лишь в определенной мере, определяемой его номинальной мощностью в ваттах, и нагрузка эта - именно механическая.
При желании вычислить полную мощность для двигателя несложно, для этого достаточно разделить мощность двигателя в ваттах на косинус фи (обе эти цифры можно найти на идентификационной табличке конкретного двигателя).
В случае с трансформатором мы имеем дело с электромагнитным преобразующим устройством, где энергия подаваемого от сети переменного тока преобразуется в энергию переменного магнитного поля в сердечнике трансформатора, и за счет этого на вторичной обмотке трансформатора возникает переменное напряжение.
Вторичная же обмотка трансформатора может быть соединена как с чисто активной нагрузкой (такой, как лампа накаливания), так и с нагрузкой имеющей существенную реактивную составляющую (такой, как резонансный индукционный нагреватель и т.п.).
В любом случае трансформатор имеет номинальную полную мощность (измеряемую в ВА или кВА), которая может через него проходить, причем это относится не обязательно к цепи первичной обмотки, ведь значительная мощность может циркулировать и в цепи вторичной обмотки, тогда как первичная цепь будет потреблять из сети минимум тока (при этом сердечник будет испытывать то же магнитное действие, но от тока вторичной обмотки). Вот почему мощность трансформаторов (и генераторов) указывают в кВА.
Андрей Повный