Закон Ома для цепи переменного тока

Величина переменного тока будет тем больше, чем больше напряжение и чем меньше полное сопротивление: I = U / z.

В отличие от сопротивления в цепи постоянного тока полное сопротивление в цепи переменного тока содержит в общем случае, кроме омического или активного сопротивления, еще реактивное сопротивление (индуктивное, емкостное). Для вычисления величины полного сопротивления пользуются выражением: z = √(R2a+(xL-xc)2).

где Ra - активное сопротивление;

xL - реактивное индуктивное сопротивление;

хс - реактивное емкостное сопротивление.

Если в цепи переменного тока включено только одно активное сопротивление, например нагревательная электропечь (фиг. 178, а), то в этом случае z = Ra, а напряжение и ток совпадают по фазе (φ = 0).

Если же в цепи имеется только одно индуктивное сопротивление, например катушка электромагнита, то z = xL, и вследствие явления самоиндукции ток будет отставать по фазе от напряжения на угол φ = 90° (фиг. 178, б).

Когда в цепи включено одно емкостное сопротивление, например конденсатор, то z = хс, и, благодаря способности конденсатора накапливать электрический заряд, а затем его отдавать обратно источнику при разряде, ток будет опережать напряжение на угол φ = 90° (фиг. 178, в).

В действительности Ra; xL и хс существуют одновременно, но различаются по величине (фиг. 178, г). Например, катушка индуктивности, кроме реактивного сопротивления, обладает еще и небольшим активным сопротивлением, так как она намотана проводом, имеющим омическое сопротивление.

Электрическая печь также, кроме омического сопротивления, обладает некоторым индуктивным сопротивлением, так как нагреватели печи навиваются в виде спирали. Поэтому в общем случае полное со­противление цепи содержит и активное, и реактивное сопротивление.

От соотношения величин того или другого вида сопротивлений будет зависеть величина угла φ между напряжением и током.

При переменном токе различают: активную мощность, кажущуюся мощность и реактивную мощность. Активная мощность (или полезная) вычисляется по формуле:

P= U*I*cosφ вт,

где φ - угол сдвига фаз между током и напряжением;

cos φ - коэффициент мощности. Он всегда меньше единицы.

Кажущаяся мощность (или полная) определяется выражением:

S= U*I ва.

Полная мощность выражается в вольт-амперах. Эта мощность учитывает активную, или полезную, мощность и реактивную. Реактивная мощность определяется выражением:

Q = U*I*sinφ вар.

Единицей реактивной мощности является вольт-ампер (или киловольт-ампер) реактивный (вар или квар). Активная мощность используется в приемниках тока (моторах, печах, лампах и т. д.), преобразуясь в механическую энергию, тепло и т. п. Реактивная мощность циркулирует между генератором и приемником тока, загружает линии и генератор. Она расходуется на создание и разрушение магнитных (при индуктивной нагрузке) и электрических (при емкостной нагрузке) полей. Чем ниже реактивная мощность, тем лучше используются электрические установки. Уменьшить реактивную мощность можно путем уменьшения сдвига фаз между током и напряжением, т. е. путем увеличения коэффициента мощности (cos φ). Низкий cos φ имеет следствием неполное использование оборудования электрической установки и уменьшение ее коэффициента полезного действия. Задача рационализаторов - добиваться поддержания cosφ установок на достаточно высоком уровне. Cosφ возможно повышать, применяя специальные компенсирующие установки (статические конденсаторы, синхронные компенсаторы) или добиваясь полной загрузки электродвигателей и трансформаторов (см. раздел «Пути экономии электроэнергии»).