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
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)的余弦叫做功率因数,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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