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2.有功功率P 与功率因数 ? 瞬时功率在一个周期内的平均值叫做平均功率,它反映了交流电路中实际消耗的功率,所以又叫做有功功率,用P表示,单位是瓦特(W)。 在瞬时功率P = UIcos?[1 ? cos(2?t )] ? UIsin? sin(2?t )中,第一项与电压电流相位差 ? 的余弦值cos? 有关,在一个周期内的平均值为UI cos? ;第二项与电压电流相位差 ? 的正弦值sin? 有关,在一个周期内的平均值为零。则瞬时功率P在一个周期内的平均值(即有功功率)为 P = UI cos? = UI? 其中? = cos? 叫做正弦交流电路的功率因数。 3.视在功率S 定义:在交流电路中,电源电压有效值与总电流有效值的乘积(UI )叫做视在功率,用S表示,即S =UI,单位是伏安(VA)。 S 代表了交流电源可以向电路提供的最大功率,又称为电源的功率容量。于是交流电路的功率因数等于有功功率与视在功率的比值,即 所以电路的功率因数能够表示出电路实际消耗功率占电源功率容量的百分比。 4.无功功率Q 在瞬时功率p = UIcos?[1? cos(2?t )] ? UI sin? sin(2?t )中,第二项表示交流电路与电源之间进行能量交换的瞬时功率,|UIsin? |是这种能量交换的最大功率,并不代表电路实际消耗的功率。定义: Q = UI sin? 把它叫做交流电路的无功功率,用Q表示,单位是乏尔,简称乏(Var)。 Q = UI sin? 当 ? 0时,Q 0,电路呈感性; 当 ? 0时,Q 0,电路呈容性; 当 ? = 0时,Q = 0,电路呈电阻性。 显然,有功功率P、无功功率Q和视在功率S三者之间成三角形关系,即 这一关系称为功率三角形,如图所示。 二、电阻、电感、电容电路的功率 1.纯电阻电路的功率 在纯电阻电路中,由于电压与电流同相,即相位差 ? = 0,则瞬时功率 pR = UIcos?[1? cos(2? t)] ? UI sin? sin(2?t) = UIcos?[1? cos(2? t)] 有功功率 PR = UI cos? = UI = I2R = ; 无功功率 QR = UI sin? = 0; 视在功率 即纯电阻电路消耗功率(能量)。 2.纯电感电路的功率 在纯电感电路中,由于电压比电流超前90?,即电压与电流的相位差 ? = 90?,则 瞬时功率 pL = UIcos?[1? cos(2? t)] ? UI sin? sin(2? t) = UI sin(2? t); 有功功率 PL = UI cos? = 0; 无功功率 QL = UI = I 2XL= 视在功率 即纯电感电路不消耗功率(能量),电感与电源之间进行着可逆的能量转换。 3.纯电容电路的功率 瞬时功率 pC = UIcos?[1? cos(2?t )] ? UI sin? sin(2?t ) = ?UI sin(2? t) 在纯电容电路中,由于电压比电流滞后90?,即电压与电流的相位差 ? = ? 90?,则 有功功率 PC = UIcos? = 0; 无功功率 QC = UI = I 2XC = 视在功率 即纯电容电路也不消耗功率(能量),电容与电源之间进行着可逆的能量转换。 三、功率因数的提高 1.提高功率因数的意义 在交流电力系统中,负载多为感性负载。例如常用的感应电动机,接上电源时要建立磁场,所以它除了需要从电源取得有功功率外,还要由电源取得磁场的能量,并与电源作周期性的能量交换。在交流电路中,负载从电源接受的有功功率P = UIcos?,显然与功率因数有关。功率因数低会引起下列不良后果。 功率因数低会引起下列不良后果 负载的功率因数低,使电源设备的容量不能充分利用。因为电源设备(发电机、变压器等)是依照它的额定电压与额定电流设计的。 例如一台容量为S = 100 kVA的变压器,若负载的功率因数 ? =1时,则此变压器就能输出100 kW的有功功率;若 ? = 0.6时,则此变压器只能输出60 kW了,也就是说变压器的容量未能充分利用。 在一定的电压U下,向负载输送一定的有功
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