一、视在功率在电气技术中,视在功率是指单口网络端子电压和电流的有效值的乘积。只有当单端口网络由电阻串联组成时,视在功率才等于平均功率。否则,视在功率总是大于平均功率(即有功功率),也就是说,视在功率并不是单口网络实际消耗的功率。
为了显示差异,视在功率不是以瓦特(W)来测量,而是以伏安(VA)或千伏安(kVA)来测量。
因为视在功率等于网络终端电流和电压的有效值的乘积,有效值可以客观地反映正弦的大小及其做功的能力,这两个量的乘积反映了外部电路为了保证网络正常运行需要向网络输送的能量或网络的容量。
由于网络中既有电阻等耗能元件,又有电感、电容等储能元件,所以外部电路必须提供其正常工作所需的功率,即平均功率或有功功率,同时还要在电感、电容等元件中储存一部分能量。这就是为什么视在功率大于平均功率。只有这样,网络或设备才能正常工作。如果向网络提供平均功率,则不能保证其正常运行。
所以在实践中,电气设备通常是以额定电压和额定电流来设计和使用的,其容量用视在功率来标注。
此外,由于一个周期内存储在电感、电容等元件中的能量会在其他周期内释放出来,这些能量可能会被电阻吸收或提供给外部电路。所以我们可以看到单口网络的瞬时功率有时为正,有时为负。
在交流电路中,我们把正弦交流电路中电压有效值和电流有效值的乘积称为视在功率,即S=UI视在功率并不代表交流电路实际消耗的功率,而只是电路可能提供的最大功率或电路可能消耗的最大有功功率。
整个RLC串联电路吸收的瞬时功率为:P=Pr Pc Pl
=RI的平方[1cos (2wt)]-(wl-1/WC) I的平方sin(2wt)
它是一个非正弦周期量,其频率是正弦电流或电压的两倍。第一项总是大于或等于零。它是瞬时功率不可逆的一部分,电路吸收的功率不会回到外电路。第二项说明电感和电容的瞬时功率是相反的,在能量交换的过程中,以及电感吸收或释放能量时,它们是互补的。电容器会释放或吸收能量。互补部分由外部电路补充,正弦稳态电路的功率状态可以通过一个端口的U.I从以下几个方面反映出来。
1、有功功率P P=U(eff)I(eff)cos or,表示实际吸收的功率。单位是瓦特。
2、无功功率Q Q=U(eff)I(eff)sin这个能量是在往复交换的过程中不消耗的。单位用kvar表示。
3、视在功率S S=U(eff)I(eff)
4、称为功率因数角。电压和电流之间的相位差。
二、有功功率有功功率是将电能转化为其他形式的能量(机械能、光能、热能)的电力,称为有功功率。用字母P表示,单位主要有瓦特(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。
交流电的瞬时功率不是一个定值,一个周期内瞬时功率的平均值称为有功功率,所以有功功率也叫平均功率。
在电力系统中,频率和电压是电能质量的两个主要指标。
频率变化的原因:
负载变化导致有功功率不平衡。变化过程:负荷变化发电机转速变化频率变化负荷的调节作用新频率下的平衡。
消除偏移:
原动机的输入功率随着负载的变化而变化。
三、视在功率与有功功率的关系我们以日常生活中常见的电机为例。电机广泛应用于电梯、电风扇、剃须刀等民用场合。马达是利用电能做功并将其转化为动能的装置。它们的额定功率标在铭牌上,如图1所示。
我们可以看到这台电机的额定功率为4000W,额定电流为20.8A,额定电压为220V V.于是:额定电压额定电流=220v * 20.8a=4576VA。
这里4576大于4000,额定功率只有额定电压和额定电流乘积的87.4%。由此,我们会疑惑,这两个都是权力,怎么会不一样呢?他们之间有什么关系?
其实这里的4576VA是电机的额定功率,也就是额定视在功率[1],大于电机的额定功率,而标识中的额定功率4KW是额定有功功率,用来标识电机实际能转换的电功率。
为什么视在功率大于实际额定有功功率?原因是电机中不仅有电阻等耗能元件,还有电感、电容等储能元件(如本例中的电容电机)。因此,外部电路不仅要提供其正常工作所需的功率,即平均功率或有功功率,还要在电感、电容等元件中储存一些能量,这就是视在功率大于有功功率的原因。只有这样,电机设备才能正常工作。
可以看出,在正弦交流电路中,有功功率P一般小于视在功率S,也就是说,视在功率上打个折扣就可以等于有功功率,这个折扣就是Cos,称为功率因数,用Cos表示。即:
P=S *Cos
视在功率S是一个电气设备对上级供电设备的功率需求的度量,也就是说,为保证网络的正常工作,外部电路需要向设备输送能量。它不是指交流电路消耗的实际功率,而只是指电路可以提供的最大功率或电路可以消耗的最大有功功率。
四、视在功率和有功功率的计算公式1、有功功率。
其中它们是每个相负载的相电压和相电流之间的相位差。
如果三相电路是对称的,则各相负载的有功功率相等,所以有
(1)
式中为单相负载的有功功率。
(2)
其中是负载相电压和相电流之间的相位差,也等于负载阻抗角。
2、无功功率
当电路对称时,它就是对称的
(3)
3、视在功率
当电路对称时,它就是对称的
(4)
4、功率因数
(5)
当电路对称时,它就是相负载的功率因数。
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