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正弦交流电路的功率
作者:管理员    发布于:2015-08-07 19:03:25    文字:【】【】【

1).基本概念

  在一个二端网络上加正弦交流电压u(t)和电流i(t)如图所示。若

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  根据功率的计算公式可求瞬时功率

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  设点此在新窗口浏览图片,则上式可写作

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  可见,瞬时功率是随时间变化的,有时为正,有时可能是负。瞬时功率为正时表示此时电路消耗功率;为负时表示此时电路向 电源输送功率。为了表征电路实际消耗的平均功率,一般用在一个周期内消耗功率的平均值来表示,称为有功功率,用P表示,即

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有功功率的单位为瓦(W)。

  电路的有功功率为电压和电流有效值的积乘以cosφ。

cosφ称为功率因数,φ称为功率因数角。一般功率因数用λ表示,即

λ=cosφ

  从瞬时功率表达式中可以看出,第一项表示电路的功率消耗,第二项表示电路与电源能量交换,其交换的最大速率为UIsinΦ,一般称它为无功功率,用Q表示,即

Q=UIsinΦ

无功功率的单位为乏(var)。

  为了便于求解有功功率和无功功率的表示式,引入了复功率的概念。所谓复功率就是电压的相量与电流相量的共扼复数的乘积,一般用点此在新窗口浏览图片表示,即

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  可见,复功率是一个复数,表示出了有功功率(实部)和无功功率(虚部),一般将复功率的模用S表示,称作视在功率,它等于电压和电流有效值的的积,即

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视在功率的单位为伏安(VA)。

  不难看出,如果是纯电阻电路,它只消耗功率,视在功率与有功功率相等。如果是由R、L、C组成的电路,电路不仅有消耗功率还有能量交换,则视在功率要大于有功功率。同时,由视在功率和有功功率可以求出功率因数,即

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  可见功率因数表示了电路实际消耗功率(有功功率)所占视在功率的比例。功率因数愈大,电路实际消耗功率的比例愈大。

  以上概念和公式要孰记。

2).例题分析

  已知电压分别加在电阻、电感和电容两端,又知点此在新窗口浏览图片,f=50Hz, R=1KW, L=10mH, C=100mF。试求:各元件上的功率及其物理意义?

解:

(1)电阻中电流为

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电阻吸收有功功率p=100mW, 无功功率Q=0, 功率因数为1。

(2)电感中电流为:

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  电感吸收有功功率p=0, 吸收无功功率Q=31.8var, 功率因数为cos90°=0, 所以不消耗有功功率,只消耗无功功率。

(3)电容中电流为

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电容吸收有功功率p=0, 无功功率Q=-3.14var,所以它产生无功功率, 功率因数为cos(-90°)=0 。

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