Основні поняття. Важливість вимірювання електричної потужності і енергії зумовлена широким застосуванням електричної енергії в усіх галузях економіки

Важливість вимірювання електричної потужності і енергії зумовлена широким застосуванням електричної енергії в усіх галузях економіки. Останнім часом в еко­номічно розвинутих країнах спостерігається стійка тенденція до винайдення способів зменшення енергоспо­живання, зниження енергоємності одиниці випущеної продукції, економної витрати та раціонального викори­стання енергії. А відтак, посилюється важливість вимірю­вання та обліку енергії.

У колах постійного струму електрична потужність Р визначається як добуток напруги U і струму І

P=UI. (1)

Електрична енергія, що споживається впродовж часу і, дорівнює:

E=Pt=UIt. (2)

У системі СІ одиницею потужності є ват(Вт), а енер­гії— джоуль(Дж). На практиці для вимірювання електричної енергії широко застосовують позасистемну одиницю — кіловат-година (кВт · год). Одна кіловат-година дорівнює 3,6 · 10⁶ Дж.

Енергопостачання в усіх країнах здійснюється трифаз­ними системами змінного струму промислової частоти, тому переважна більшість засобів вимірювання електричної потужності й енергії призначена для роботи у таких системах.

Для змінного струму добуток миттєвих значень напру­ги u(t) і струму i(t) називається миттєвою потужністю:

p(t)=u(t)·i(t). (3)

Для синусоїдних напруги та струму , які мають середні квадратичні значення U і I, коливаються з кутовою частотою ω і зсунуті один відносно одного на фазовий кут φ, миттєва потужність

(4)

має дві складові: постійну і . Змінна складова коливається з подвійною частотою порівняно з частотою струму чи напруги.

Більшість споживачів енергії реагують не на миттєві значення потужності, а на середню за період потужність. Середнє значення миттєвої за період називається активною потужністю:

(5)

Оскільки середнє значення змінної складової [-UIcos(2(ωt-φ)] за період Т дорівнює нулю, то активна по­тужність дорівнює постійній складовій миттєвої потужності

P=UIcosφ. (6)

Одиницею активної потужності для змінного струму, як і постійного струму, є в а т (Вт).

Якщо синусоїдну напругу та струм представити комплексними значеннями, то можна ввести такі поняття:

комплексна потужність — добуток комплексної на­пруги Uна комплексний струм I:

(7)

активна потужність — це дійсна частина комплексної потужності:

P=UIcosφ (8)

реактивна потужність визначається як уявна частина комплексної потужності:

Q= UIsinφ (9)

Повна (позірна) потужність визначається як модуль комплексної потужності:

S = = UI. (10)

Одиницею комплексної та повної потужності є вольт-ампер (ВА), одиницею активної — ват (Вт), одиницею ре­активної — вольт-ампер реактивний (ВАр).

У колах несинусоїдного струму користуються поняттям потужності спотворень:

(11)