Các định nghĩa của công suất điện cho hệ thống hình sin 1 pha đã được thiết lập từ lâu. Ngày nay cũng không có sự khác nhau trong kết quả thu được ở miền thời gian và miền tần số [6].
Một hệ thống 1 pha lý tưởng với một nguồn áp hình sin và một tải tuyến tính thì có điện áp và dòng điện được xác đinh theo công thức:
u(t) = 2Vsin(ωt) và i(t)= 2Isin(ωt−δ) (2.1) Ở đó V và I mô tả giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện, và ω là tần số góc. Công suất tác dụng tức thời được xác định bằng tích của điện áp à dòng điện tức thời, đó là :
p(t) = u(t)* i(t) = 2VI sin (ωt) sin (ωt−δ )
=VI cosδ –VI cos (2ωt−δ) (2.2)
Công thức (2.2) chỉ ra rằng công suất tức thời của hệ thống một pha thì không phải là hằng số. Nó có một thành phần dao động với tần số góc 2ω được thêm vào với thành phần một chiều VI cosδ. Phân tích thành phần dao động trong công thức trên và biến đổi ta thu được định nghĩa cổ điển của công suất tác dụng và công suất phản kháng :
p(t)=VI cosδ[1-cos 2 ωt] - VI sin δ sin (2ωt) (2.3)
Công thức (2.3) chỉ ẩ 2 phần của công suất tức thời và nó có thể được diễn dịch như sau :
Phần 1 có một giá trị trung bình là VI cosδ và có một thành phần dao động với tần số 2ω trên nó. Phần này thì không bao giờ bị âm vì -90<=δ<=90 và do đó nó mô tả một chiều công suất chảy từ nguồn tới tải.
Phần 2 có một thành phần dao động tại tần số 2ω và nó có giá trị cực đại là VI sinδ.Rõ ràng, nó có giá trị trung bình là 0.
Thông thường công suất tức thời được chỉ ra trong (2.3) thì được mô tả bởi 3 công suất “hằng số” : Công suất tác dụng, Công suất phản kháng và Công suất biểu kiến. Các công suất này được mô tả như sau:
Công suất tác dụng : P Là giá trị trung bình của phần 1 : P= VI cosδ
Đơn vị chuẩn của nó là Watt (W).
Công suất phản kháng Q: là giá trị cực đại của phần 2: P= VI sinδ
Đơn vị đo chuẩn của nó là Var (Votl – ampere reactive).
Một tín hiệu cho sự thay đổi của δ là sự thay đổi đặc tính của cuộn cảm hoặc điện dung của tải. Ở đây, ta mặc định : giá trị dương cho công suất phản kháng của tải điện càm, và giá trị âm cho công suất phản kháng của tải điện dung.
Công suất phản kháng theo thông thường vẫn gọi là thành phần công suất với giá trị trung bình là 0.Tuy nhiên sự nhận định này không hoàn toàn chính xác và nó sẽ dược chỉ ra sau. Ý nghĩa vật lý này của công suất phản kháng đã được chứng minh khi thiết bị phản kháng chỉ là cuộn cảm và tụ điện. Tất nhiên, ở đó không có thiết bị điện tử công suất. Các linh kiện này có khả năng tạo ra công suất phản kháng không có thành phần tích trữ năng lượng. Vấn đề này sẽ được đề cập ở chương tới.
Bây giờ công suất tức thời p(t) có thể được viết lại :
p(t) = Pδ[1-cos 2 ωt] - Q sin (2ωt) (2.6)
Hình 2.1 chỉ ra các thành phần công suất trên cho điện áp và dòng điện.Trong hình này thì dòng điệntrễ pha hơn so với điện áp bởi một góc δ, nó cân bàng với góc 600. Từ công thức (2.6) và hình 2.1 ta dễ dàng hiểu rằng năng lượng
về chiều và giá trị. Trong suốt khoảng thời gian tương ứng của vùng “A” ,nguồn cung cấp năng lượng cho tải và ngược lại , trong suốt khoảng thời gian tương ứng của vùng “b” thì năng lượng chảy theo chiều ngược lại.
Hình 2.1.Khái niệm thông thường của công suất phản kháng và công suất tác dụng Số lượng công suất còn lại thì được sử dụng chung để định nghĩa giới hạn công suất của thiết bị điện là công suất biểu kiến S.
công suất biểu kiến S : Được định nghĩa : S=VI (2.7) Đơn vị của nó trong hệ đo lường quốc tế là VA (votl-ampere). Công suất này để mô tả giá trị cực đại của công suất tích cực khi hệ số công suất là 1. Định nghĩa của hệ số công suất sẽ được trình bà ở phần tiếp theo.
