Kolmivaiheinen verkkovirta: aktiivinen, reaktiivinen, täysi
Kolmivaihepiirin kokonaispätö- ja loistehon arvot ovat yhtä suuret kuin kunkin kolmen vaiheen A, B ja C pätö- ja loistehon summat. Tätä väitettä havainnollistaa seuraava kaavat:
tässä Ua, Ub, Uc, Ia, Ib, Ic ovat vaihejännitteiden ja -virtojen arvot ja φ on vaihesiirto.
Kun kuorma on symmetrinen, eli olosuhteissa, joissa kunkin vaiheen pätö- ja loisteho ovat samat keskenään, monivaihepiirin kokonaistehon löytämiseksi riittää kertoa vaihetehon arvo mukana olevien vaiheiden määrä. Kokonaisteho määritetään sen aktiivisten ja reaktiivisten komponenttien saatujen arvojen perusteella:
Yllä olevissa kaavoissa suureiden vaihearvot voidaan ilmaista niiden lineaarisilla arvoilla, jotka eroavat käyttäjien tähti- tai kolmiokytkentäkaavioista, mutta tehokaavat ovat lopulta samat:
Yllä olevista lausekkeista seuraa, että riippumatta sähköenergian vastaanottimien kytkentäkaaviosta, olipa kyseessä kolmio tai tähti, jos kuorma on symmetrinen, tehonhakukaavat ovat saman muotoisia, molemmille kolmio ja tähti:
Nämä kaavat näyttävät jännitteen ja virran lineaariset arvot ja ne on kirjoitettu ilman alaindeksiä. Yleensä tällainen merkintä löytyy ilman alaindeksiä, eli jos alaindeksiä ei ole, tarkoitamme lineaarisia arvoja.
Erityinen mittalaite, ns wattimittari… Sen lukemat määritetään kaavalla:
yllä olevassa kaavassa Uw ja Iw ovat kuormaan kohdistuvan jännitteen ja sen läpi kulkevan virran vektoreita.
Aktiivikuorman luonne ja vaihekytkentäkaavio voivat olla erilaisia, joten olosuhteista riippuen wattimittarin kytkentäkaaviot ovat erilaisia.
Symmetrisesti kuormitetuissa kolmivaiheisissa piireissä kokonaisaktiivisen tehon karkeaan mittaukseen, jos suurta tarkkuutta ei vaadita, riittää yksi wattimittari, joka on kytketty vain yhteen vaiheista. Sen jälkeen koko piirin aktiivisen tehon arvon saamiseksi on vielä kerrottava wattimittarin lukemat vaiheiden lukumäärällä:
Nollajohtimella varustetussa nelijohtimisessa piirissä aktiivisen tehon tarkkaan mittaamiseen tarvitaan kolme wattimetriä, joista jokainen luetaan ja lasketaan sitten yhteen, jotta saadaan arvo piirin kokonaisteholle:
Jos kolmivaiheisessa piirissä ei ole nollajohtoa, kaksi wattimetriä riittää mittaamaan kokonaistehoa, vaikka kuorma olisi epätasapainoinen.
Nollajohtimen puuttuessa vaihevirrat on kytketty toisiinsa Kirchhoffin ensimmäisen lain mukaisesti:
Sitten wattimetriparin lukemien summa on yhtä suuri:
Joten jos lisäät parin wattimittarin lukemat, saat tutkittavan kolmivaiheisen piirin kokonaisaktiivisen tehon, ja wattimittarien lukemat riippuvat sekä kuorman koosta että sen luonteesta.
Tarkasteltaessa virtojen ja jännitteiden vektorikaaviota symmetrisen kuorman yhteydessä voidaan päätellä, että wattimittareiden lukemat määritetään seuraavilla kaavoilla:
Näiden lausekkeiden analysoinnin jälkeen voidaan ymmärtää, että puhtaasti aktiivisella kuormalla, kun φ = 0, kahden wattimittarin lukemat ovat keskenään yhtä suuret, eli W1 = W2.
Aktiivisella kuormitusinduktanssilla, kun 0 ≤ φ ≤ 90 °, wattimittarin 1 lukemat ovat pienemmät kuin wattimittarin 2 lukemat, eli W1 60 °, wattimittarin 1 lukemat ovat negatiivisia, eli W1 <0.
Kuorman aktiivi-kapasitiivisella luonteella, kun 0 ≥ φ≥ -90 °, wattimittarin 2 lukemat ovat pienempiä kuin wattimittarin 1, eli W1> W2. Kun φ <-60 °, wattimittarin 2 lukemat muuttuvat negatiivisiksi.