У розділі "потужність постійного струму" було з'ясовано, що в ланцюгах постійного струму споживана потужність визначається як добуток напруги і сили струму, а робота як твір потужності на час. Але ось в ланцюгах змінного струму такої простий розрахунок неможливий. Якщо в ланцюг змінного струму включено тільки активний опір, такі наприклад, як лампочка, праска або електрочайник, то повну потужність можна розрахувати як добуток діючої напруги і струму, яку і покажуть нам вимірювальні прилади, тобто P = U * I. Такі споживачі не містять індуктивного і ємнісного опорів. І, відповідно, робота визначається як A = UIt. Побудуємо для цього випадку криву повної потужності (рис.1).
У будь-який час періоду потужність позитивна, тому як в будь-який час і напруга і струм або позитивні, або негативні одночасно. Також кажуть, що напруга і струм збігаються по фазі, або про нульовий зсуві фаз між напругою і струмом - це одне і теж. Це питання також розглядається в розділі "Активне, індуктивне і реактивний опори в колі змінного струму". Точки на кривій потужності будуються перемножением напруги і струму в обраний момент часу.
Однак, випадки нульового зсуву фаз в ланцюзі змінного струму практично не зустрічаються через наявність в ланцюгах ємнісних і індуктивних опорів. Якщо зіставити в такому колі реально наявну активну потужність з потужністю, яку ми отримаємо простим перемножением напруги і струму при вимірюванні ампервольтомметр (тестером), то потужність, отримана простим перемножением за показаннями приладів буде більше реальної активної потужності. Різниця між повною потужністю (отриманої при перемножуванні показань приладу) і використовуваної активної виникає через те, що в електричному ланцюзі завжди є індуктивні і ємнісні опору, звані реактивними. А зрушення фаз між напругою і струмом має зовсім не нульове значення. Тепер значення напруги і струму в один і той же момент часу можуть мати різні знаки (позитивні і негативні), а значить і при перемножуванні може бути потужність негативного знака.
Це видно з графіка на рис.2. Тут крива потужності побудована для "відстає" струму індуктивного характеру. Саме це питання розглянуто в розділі "Активне, індуктивне і реактивний опори в колі змінного струму". Негативна потужність пояснюється тим, що споживач струму "повертає назад" потужність джерела. Цю потужність називають реактивної.
Реактивна потужність характеризується обміном енергією між споживачем і джерелом. Зовні ця енергія не проявляється, але погіршує корисну дію струму. Реактивна потужність виникає за рахунок включених в електричний ланцюг котушок індуктивності і конденсаторів.
Отже, необхідно пам'ятати, що змінний струм характеризується трьома видами потужності.
1) ПОВНА ПОТУЖНІСТЬ (позначається як S) - її можна дізнатися перемножением чинного напруги і струму. Це ті значення, які нам показують амперметр і вольтметр. Хто упустив цю тему - загляньте в розділ "Про змінний струм і напруга". Одиниця повної потужності - вольт-ампер (ВА);
2) АКТИВНА ПОТУЖНІСТЬ (позначається як Р) - потужність, яка фактично перетворюється в корисну потужність. Її-то нам і показує наш квартирний лічильник.
Одиниця реактивної потужності - воль-ампер реактивний (вар).
Таким чином, стає ясно, що повний струм складається з двох складових - активного струму і реактивного. Здавалося б, немає нічого простішого - склади їх разом і дізнаєшся повний струм. Однак, повний струм не є простою сумою двох складових. Активний струм має однаковий напрямок з чинним напругою, а ось реактивний сдвіінут по фазі на 90 ° по відношенню до активного. Графічно повний струм представляють як діагональ прямокутника, одна зі сторін якого є активною частина струму, а друга - реактивну (див. Рис.3).
Повний струм, отже, виходить як геометрична сума активної та реактивної складових. Чисельне значення обчислюється як гіпотенуза в прямокутному трикутнику. І якщо активну частину позначити як Ia, реактивну як Iр, то отримаємо для повного струму:
I² = I²a + I²p
З розгляду трикутника видно, що реактивна складова тим більше, чим більше кут зсуву. Два крайніх випадку при фазовому куті φ, рівному 0 або 90 °, практично можуть реалізуватися толькр в наближенні.
При φ = 0 відсутня реактивна складова струму. Активна складова і діючий струм рівні. Це випадок, коли в ланцюзі немає ємнісних і індуктивних опорів.
При зсуві φ = 90 ° (тобто при чисто індуктивному або ємнісному опорі) зовсім немає активної складової струму і активної потужності.
Можна легко розрахувати активну Ia і реактивну Iр складові струму за діючим значенням струму за допомогою кута зсуву фаз φ:
cos φ = Ia / I; sin φ = Iр / I; Ia = I * cos φ; Iр = I * sin φ
Для активної потужності записуємо: Pa = U * I * cos φ. тобто щоб отримати активну потужність, необхідно повну потужність S, яка визначається як добуток діючих значень U і I, помножте ще на косинус кута зсуву фаз. cos φ називають також "коефіцієнтом потужності".
Конкретні приклади знаходження потужності змінного струму можна зустріти в розділі "Рішення задач".