Váltakozó áramnál a látszólagos teljesítmény S = U_eff × I_eff, mértékegysége VA. A hatásos teljesítmény P = S × PF, mértékegysége W. A PF teljesítménytényező. A hatásfok ettől külön mennyiség: a hasznos kimenő és a felvett hatásos teljesítmény hányadosa.
A két számot azért kell elkülöníteni, mert külön kérdésre válaszolnak. A teljesítménytényező az adott effektív feszültséghez és áramhoz tartozó wattértéket kapcsolja össze. A hatásfok azt mutatja, a már felvett wattok mekkora része jelenik meg a kijelölt hasznos kimeneten.
Egy 60 VA-es szemléltető terhelés
Legyen az effektív feszültség 24 V, az effektív áram 2,5 A, a feltételezett teljesítménytényező 0,80. A látszólagos teljesítmény S = 24 × 2,5 = 60 VA. A hatásos teljesítmény P = 60 × 0,80 = 48 W.
A 60 VA-t automatikusan 60 W-nak nevezni ebben a példában hibás volna. A két érték számszerűen PF = 1 mellett egyezne meg. A hatásos, meddő és látszólagos teljesítmény fogalmát az Analog Devices oktatási anyaga külön tárgyalja.
Tiszta, azonos frekvenciájú szinuszos feszültség és áram esetén PF = cos φ. A 0,80-as értékhez φ ≈ 36,87° fázisszög tartozik. Feltételezett induktív terhelésnél az áram késik, és a meddő teljesítmény Q = S sin φ = 36 var.
Ebben a szinuszos esetben P² + Q² = S²: 48² + 36² = 2304 + 1296 = 3600 = 60². A 48 W és 36 var egyszerű összeadásával nem kapjuk meg a 60 VA-t. A meddő rész nem azonos 36 W folyamatos hőveszteséggel; ideális reaktív elemekben energia tárolódik és adódik vissza a periódus során.
A hatásfok újabb, önálló lépés
Tegyük fel most, hogy a példabeli berendezés hatásfoka 75%, azaz η = 0,75. A felvett 48 W-ból a hasznos teljesítmény P_ki = 48 × 0,75 = 36 W. A különbség 12 W, amely a kijelölt hasznos kimeneten kívül jelenik meg.
A teljes számítás tehát 24 V × 2,5 A = 60 VA, majd ×0,80 = 48 W felvett hatásos teljesítmény, végül ×0,75 = 36 W hasznos teljesítmény. A példában mindhárom eredmény helyes, de más fizikai mennyiséget nevez meg.
Ha a hatásfokot a VA-val közvetlenül összekevered, kihagyod a teljesítménytényező szerepét. Ha viszont a megadott 48 W már felvett hatásos teljesítmény, azt a felvett áram kiszámítása előtt nem kell még egyszer hatásfokkal osztani.
Wattból áram: a nevező számít
A 48 W-os felvételhez 24 V és PF = 0,80 mellett I = 48/(24 × 0,80) = 2,5 A tartozik. A puszta 48/24 = 2 A számítás PF = 1-et feltételezne, ezért alábecsülné a példa áramát.
Azonos 48 W és 24 V mellett PF = 0,60 esetén az áram 48/(24 × 0,60) ≈ 3,33 A lenne. Ez az összehasonlítás rögzített hatásos teljesítményre vonatkozik; nem állítja, hogy tetszőleges terhelés automatikusan változatlan wattot vesz fel.
Szinuszos és torzított jel külön esete
Torzított hullámformánál a teljes PF nem határozható meg pusztán az alapfrekvenciás fázisszög koszinuszából. Ilyenkor a teljes hatásos és látszólagos teljesítmény P/S arányát kell használni; a harmonikus összetevőket is figyelembe vevő mérési elvet az Analog Devices harmonikuselemzési cikke ismerteti. A fenti teljesítményháromszöget ezért a megadott szinuszos feltétellel értelmezd.
A villamos teljesítmény kalkulátorban válaszd az egyfázisú modellt, és tisztázd, hogy felvett vagy hasznos teljesítményt keresel. Felvett watt számításához a külön hatásfokkorrekció egységnyi, η = 1. A feltételezett 75%-os hatásfok a hasznos kimenő teljesítményhez tartozik. Az eredmény mellett mindig tüntesd fel a PF értékét és a teljesítmény szerepét; ezek nélkül egy W- vagy VA-szám könnyen félreérthető.