Потери в цепи переменного тока

Цепи переменного тока, которыми все мы пользуемся в быту, характеризуются так называемой активной мощностью, вычисляемой по стандартной формуле.

Мощность, говоря проще, - это величина безвозвратных потерь электроэнергии в цепи. На то есть много причин, на которых остановимся подробнее.

1. Нагрев проводов. Известно, что в цепях постоянного тока именно нагрев является главной причиной потерь. В цепи переменного тока провод нагревается больше при равных значениях постоянного и переменного токов. Это происходит из-за поверхностного эффекта в проводах, по которым пропущен переменный ток. Он выражается в большой разности сопротивлений в сечении провода – чем ближе к его поверхности, тем больше сопротивление. Поверхностный эффект сказывается тем сильнее, чем выше частота пропускаемого переменного тока. Соответственно при высоких частотах больше потери на нагрев проводов.
2. Потери на токи Фуко. Переменный ток образует магнитное поле в металлических проводах. Это поле индуцирует токи Фуко. Вихревые токи Фуко приводят к нагреву проводов. Величина токов зависит от состава сердечника провода (в стальных – токи выше). Зависимость от частоты та же, что и при поверхностном эффекте, чем выше частота, тем больше нагрев и потери.
3. Магнитный гистерезис. Переменное магнитное поле вызывает перемагничивание ферромагнитных сердечников. Этот процесс сопровождается трением частиц, из которых состоит сердечник. Трение приводит к нагреву. Чем выше частота, тем больше величина магнитного гистерезиса, тем больше потери.
4. Потери в диэлектриках. Под воздействием переменного электрического поля в диэлектриках происходит поляризация молекул. Это приводит к движению молекул, притягивающихся друг к другу противоположными сторонами с полярными зарядами. Этот процесс сопровождается трением. Снова возникает нагрев и потери. Величина потерь напрямую зависит от частоты переменного тока.
5. Утечка через изоляцию. Используемые на сегодня изоляционные материалы не являются идеальными диэлектриками. Возникают так называемые токи утечки. Этот процесс неизбежен и происходит в проводах прямого и переменного тока. Чем выше напряжение, тем больше ток утечки. Заряд стекает в воздух, которым окружены провода.
6. Излучение электромагнитных волн. Провод с переменным током всегда испускает электромагнитные волны. Величина потерь на это излучение пропорциональна квадрату частоты. На практике именно эти потери являются полезным расходом электроэнергии  в антеннах радиопередатчиков.
7. Потери на соседние цепи. Электромагнитная индукция приводит к передаче части электроэнергии в соседние цепи.