交流有功功率、无功功率、视在功率计算
交流有功功率、⽆功功率、视在功率计算
1. 功率计算
(1)有功功率:在交流电路中,每个瞬时的有功功率是不同的,且不断变化,⼀般⽤平均有功功率(⼀个周期内功率的平均值)来度量电路中消耗能量的情况。对于单相交流电路,计算公式为:
P = UIcosΦ有功功率和无功功率
式中:P—有功功率(⽡)、U—交流电压有效值(伏)、I— 交流电流有效值(安)、cosΦ—负载的功率因数。
有功功率的单位是⽡(W)或千⽡(KW)、兆⽡(MW)。
当负载为纯电阻时,电压与电流相位相同,Φ=0°,cosΦ=1,电阻消耗的功率全部是有功功率(P=UI)。
当负载是纯电感或纯电容时,电压和电流的相位差Φ=90°,cosΦ=0,有功功率P=0,所以纯电感或纯电容负载是不消耗有功功率的。
(2)⽆功功率:在具有电感(电容)的电路中,电感(电容)在半周期的时间⾥把电源的能量变成了磁场(电场)的能量储存起来,在另外半个周期的时间⾥⼜把储存的磁场(电场)能量送还给电源。它们只是与电源进⾏了能量交换,并没有真正消耗能量。为了衡量能量交换的情况,⼈们⽤能量交换过程中功率的最⼤值(即瞬时功率的最⼤值)来表⽰⽆功功率。根据公式推导,⽆功功率Q的计算公式为:
Q=UIsinΦ
式中:sinΦ—交流电压与电流相位差的正弦值。
⽆功功率的单位是乏(var)或千乏(Kvar)、兆乏(Mvar)。
当负载为纯电感或纯电容时,Φ=90°,sinΦ=1,所以Q=UI,即只有⽆功功率⽽不消耗有功。当负载为纯电阻时,Φ=0°,sinΦ=0,所以Q=0,即只消耗有功功率⽽不需要⽆功。
(3)视在功率:在⼀般交流电路中,输送的电功率中即有有功成分,⼜有⽆功成分,因此其电压有效值与电流有效值的乘积,即不是有功功率,也不是⽆功功率,⽽是它们的合成量,这个合成量就叫视在功率,⽤字母S表⽰。
S=UI
视在功率的单位为伏安(VA),或千伏安(KVA)、兆伏安(MVA)。
交流发电设备都是按照规定的电压和电流进⾏设计和使⽤的,所以有时⽤视在功率表⽰设备的容量是⽐较⽅便的,例如变压器的容量就是指它的视在功率。
视在功率S、有功功率P、⽆功功率Q三者之间的数量关系,恰好相当于直⾓三⾓形的三边关系,S相当于斜边,P和Q相当于两条直⾓边,称为功率三⾓形。
其换算公式如下:
S²=Q²+P²
cosΦ=P/S由此可见功率因数cosΦ可以定义为负载消耗的有功功率与其视在功率的⽐值,它表征了负载消耗的有功功率在视在功率中所占⽐例。
(4)功率因数:在交流电路中,电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做,⽤符号cosΦ表⽰,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的⽐值,即
cosΦ=P/S
2. 盲点补充
从有功功率和⽆功功率的名称来看,似乎觉得有功功率才是有效的,⽽⽆功功率是⽆⽤的,其实并⾮如此,在供电系统中除了对⽤户提供有功功率,还需要提供⽆功功率,⼆者缺⼀不可,否则电⽓设备将⽆法运⾏。
有功功率是保持⽤电设备正常运⾏所需的电功率,也就是将电能转为其他形式的能量(机械能、光能、热能)的电功率。⽐如:照明设备将电能转换为光能。
⽆功功率⽐较抽象,它是⽤于电路内电场与磁场的交换,并⽤来在电⽓设备中建⽴和维持磁场的电功率。它不对外做功,⽽是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电⽓设备,要建⽴磁场,就要消耗⽆功功率。⽐如:40⽡的⽇光灯,除了需要40多⽡的有功功率(镇流器也需要消耗⼀部分有功功率)来发光外,还需要80乏左右的⽆功功率供镇流器的线圈建⽴交变磁场⽤。由于它不对外做功,才被成
为“⽆功”。

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