交流电路功率的分析和计算方法

时间:2023-03-11来源:佚名
讨论交流电路的功率的分析和计算方法。设二端网络N如图4-35所示,其端口电流i、电压U采用关联参考方向。在正弦稳态情况下,设端口电流为

交流电路功率的分析和计算方法

端口电压

交流电路功率的分析和计算方法

式中交流电路功率的分析和计算方法是端口电压与电流的相位差。在任一时刻t,电路N的吸收功率

交流电路功率的分析和计算方法

交流电路功率的分析和计算方法

画出i、u和p的波形如图4-36所示。由图可见,随电流i和电压u的变化,瞬时功率p(t)有时为正,有时为负。当u>0,i>0或u<0,i<0时,p(t)>0,说明在此时电路N从外电路吸收功率;当u>0,i<0或u<0,i>0时,p(t)<0,此时电路N向外电路发出功率。

交流电路的平均功率也称有功功率,它是瞬时功率在一周期内的平均值,即

交流电路功率的分析和计算方法

式中T为正弦电流(或电压)的周期。有功功率的单位是瓦(W)。一般电器所标功率的大小即指有功功率,如:电机为10kW,灯泡的功率为60W等。

交流电路功率的分析和计算方法

由上式可见,在正弦稳态情况下,有功功率除与电压、电流的有效值有关外,还与电压、电流的相位差交流电路功率的分析和计算方法有关。交流电路功率的分析和计算方法被称为功率因数角。如果电路N为无源电路,在正弦稳态情况下,可将它等效成阻抗Z,此时电压、电流相位差交流电路功率的分析和计算方法等于阻抗角。cos交流电路功率的分析和计算方法称功率因素,它是正弦交流电路中一个非常重要的概念。感性电路与容性电路可通过功率因数角交流电路功率的分析和计算方法的正负加以区分,但由于cos交流电路功率的分析和计算方法 =cos(-交流电路功率的分析和计算方法),所以由功率因数值无法区分电路是感性还是容性,此时要加文字予以说明。

例4-16

已知二端网络的输入阻抗交流电路功率的分析和计算方法W,交流电路功率的分析和计算方法,求此网络所吸收的平均功率P

解:交流电路功率的分析和计算方法A

交流电路功率的分析和计算方法800W

为了描述二端电路内部与外电路交换能量的规模,我们定义无功功率为,即交流电路功率的分析和计算方法

无功功率的单位是乏(Var)。对于电阻性电路N,交流电路功率的分析和计算方法=0,Q=0,表示N与外电路没有发生能量互换现象,流入N的能量全部被电阻消耗;N为电感性电路时,交流电路功率的分析和计算方法>0,Q>0;N为电容性电路时,交流电路功率的分析和计算方法<0,Q<0。后两种情况中,Q≠0,表示电路N与外电路之间存在能量互换现象。

例4-17

试求图4-37所示正弦交流电路的无功功率Q

解:

交流电路功率的分析和计算方法交流电路功率的分析和计算方法

交流电路功率的分析和计算方法var

由于Q>0,电路为感性电路

电压和电流的乘积称为视在功率,用S表示,即

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视在功率的单位是伏安(VA),用以表示用电设备的容量。

交流电路功率的分析和计算方法
交流电路功率的分析和计算方法

所以 由有功功率P、无功功率Q和视在功率S构成的三角形称为功率三角形,如图4-38所示。

例4-18

二端网络,已知交流电路功率的分析和计算方法A, W,求其视在功率S及功率因数。

解:交流电路功率的分析和计算方法V

交流电路功率的分析和计算方法VA

交流电路功率的分析和计算方法

交流电路功率的分析和计算方法

交流发电机或变压器都有视在功率的额定容量。由于变压器的电压、电流都有一个额定值,变压器即便是工作在额定状态下,其输出功率的大小还要看负载的功率因数的大小。例如变压器的容量为1kVA,且工作在额定状态下, 如负载的功率因数cos交流电路功率的分析和计算方法 = 0.5 ,则变压器输出功率P=1×0.5=0.5kW;如负载的功率因数cos交流电路功率的分析和计算方法=1 ,则变压器输出功率P=1kW。由此可见,当供电系统向负载提供一定功率(指有功)的情况下,负载的功率因数越低,需要的供电设备容量越大,而且供电电流也相应增大(假设电压不变),从而使线路损耗I2R增大,降低了功率的传输效率。因此功率因数在电力系统中是一项非常重要的技术指标,供电方对用户方的要求是功率因数越大越好。功率因数的提高可以提高发、配电设备的利用率;减少输电线路的电压降和功率损失。

由于实际中负载一般为感性(如电机、日光灯等),所以功率因数的提高一般均针对感性负载。在不影响负载的工作状态的前提下,提高功率因数可以采用并联电容器的方法。

例4-19

例:一台功率为1.1kW的感应电动机,接在220 V、50 Hz的电路中,电动机需要的电流为10 A,求:(1)电动机的功率因数;(2)若在电动机两端并联一个79.5μF的电容器,电路的功率因数为多少?

解:(1) 交流电路功率的分析和计算方法

(2)在未并联电容前,电路中的电流为交流电路功率的分析和计算方法。并联电容后,电动机中的电流不变,仍为交流电路功率的分析和计算方法,这时电路中的电流为:交流电路功率的分析和计算方法

由相量图得:

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