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          電路基礎(chǔ)系列:交流電路篇-無(wú)功功率

          發(fā)布人:電子資料庫(kù) 時(shí)間:2023-02-23 來(lái)源:工程師 發(fā)布文章

          無(wú)功功率最好用交流電路或系統(tǒng)中無(wú)功元件產(chǎn)生的“未使用”功率來(lái)描述。

          在直流電路中,“伏特x安培”的乘積表示電路消耗的功率(瓦特)。然而,雖然這個(gè)公式也適用于純電阻交流電路,但在含有無(wú)功元件的交流電路中,情況稍微復(fù)雜一些,因?yàn)檫@種伏特-安培產(chǎn)品會(huì)隨頻率變化。

          在交流電路中,電壓和電流的乘積表示為伏安(VA)或千伏安(kVA),稱為視在功率,符號(hào)S. 在無(wú)感純電阻電路中,如加熱器、熨斗、水壺和燈絲燈泡等,其電抗實(shí)際上為零,因此電路的阻抗幾乎完全由電阻組成。

          對(duì)于交流電阻電路,電流和電壓是同相的,任何時(shí)刻的功率都可以通過電壓乘以該瞬間的電流得到,由于這種“同相”關(guān)系,有效值可以用來(lái)計(jì)算等效的直流功率或加熱效應(yīng)。

          但是,如果電路中含有無(wú)功分量,則電壓和電流波形會(huì)因電路相角的不同而“異相”。如果電壓和電流之間的相角最大為90o,伏特安培產(chǎn)品的正負(fù)值相等。

          換言之,無(wú)功電路將其消耗的功率返回給電源,從而導(dǎo)致電路消耗的平均功率為零,因?yàn)橄嗤瑪?shù)量的能量不斷交替地從源流到負(fù)載,再?gòu)呢?fù)載返回到源。

          因?yàn)槲覀冇须妷汉碗娏鳎珱]有功率耗散,所以P=IV(rms)的表達(dá)式不再有效,因此,交流電路中的伏安乘積不一定給出所消耗的功率。然后,為了確定交流電路消耗的“實(shí)際功率”,也稱為有功功率SYMBOLP,我們不僅需要考慮伏安乘積,而且還需要考慮電壓和電流波形之間的相位角差方程:VI.cosΦ. .

          然后我們可以將視在功率與有功功率或?qū)嶋H功率之間的關(guān)系寫成:


          請(qǐng)注意,功率因數(shù)(PF)定義為有功功率(瓦特)與視在功率(伏安)之間的比率,并指示了電能的使用效率。在無(wú)感電阻交流電路中,有功功率等于視在功率P/S公司變得等于一或統(tǒng)一。電路功率因數(shù)可以用十進(jìn)制值或百分比表示。

          但是除了交流電路中的有功功率和視在功率外,還有另一個(gè)功率分量,只要有相角就存在。此組件稱為無(wú)功功率(有時(shí)稱為虛功率),用“伏安無(wú)功”單位表示,符號(hào)由下式得出: 六、 辛夫 .

          無(wú)功功率,或VAr,根本不是真正的功率,而是表示電壓和電流的乘積,它們之間是不相位的。無(wú)功功率是幫助建立和維持交流設(shè)備所需的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的一部分。交流電路中存在的無(wú)功功率量取決于電壓和電流之間的相移或相角。與有功功率一樣,無(wú)功功率在“供電”時(shí)為正,“消耗”時(shí)為負(fù)。

          發(fā)電機(jī)、無(wú)功電機(jī)等是電機(jī)中使用最多的一種。它還需要提供架空輸電線路的無(wú)功損耗。

          交流電路中功率、有功功率、視在功率、VA和無(wú)功功率三要素之間的關(guān)系可用直角三角形的三條邊表示。這種表示稱為冪三角形如圖所示:

          交流電路中的電源


          從上面的功率三角可以看出交流電路提供或消耗兩種功率:有功功率和無(wú)功功率。此外,有功功率從不為負(fù),而無(wú)功功率可以是正值或負(fù)值,因此降低無(wú)功功率以提高系統(tǒng)效率總是有利的。

          使用交流配電的主要優(yōu)點(diǎn)是可以使用變壓器改變供電電壓水平,但是家用電器、空調(diào)和工業(yè)設(shè)備的變壓器和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)都消耗無(wú)功功率,因?yàn)閷?dǎo)線和變壓器更大,在輸電線路上占據(jù)了空間需要處理更大的電流,你需要支付。

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          用一杯啤酒模擬無(wú)功功率

          在許多方面,無(wú)功功率可以被看作是一品脫或一杯啤酒上的泡沫頭。你付錢給酒保要一杯滿的啤酒,但你只喝真正的液態(tài)啤酒,在很多情況下,它總是比一杯還少。

          這是因?yàn)槠【频念^部(或泡沫)占據(jù)了額外的浪費(fèi)空間,為你所消費(fèi)的真正的液態(tài)啤酒留下了更少的空間,同樣的想法在很多方面也適用于無(wú)功功率。

          但在許多工業(yè)電力應(yīng)用中,無(wú)功功率通常對(duì)電路有用。實(shí)際功率或有功功率是指為運(yùn)行電機(jī)、為住宅供暖或點(diǎn)亮電燈泡而提供的能量,而無(wú)功功率提供了調(diào)節(jié)電壓的重要功能,從而有助于將電力有效地通過公用電網(wǎng)和輸電線路輸送到負(fù)荷所需的地方。

          雖然降低無(wú)功功率有助于提高功率因數(shù)和系統(tǒng)效率是一件好事,但無(wú)功功率的缺點(diǎn)之一是需要足夠數(shù)量的無(wú)功來(lái)控制電壓和克服輸電網(wǎng)中的損耗。這是因?yàn)槿绻娋W(wǎng)電壓不夠高,就無(wú)法提供有功功率。但是網(wǎng)絡(luò)中有太多的無(wú)功功率流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致過熱(I two*R損耗)以及沿輸電線路的不良電壓降和功率損失。

          無(wú)功功率因數(shù)校正

          避免無(wú)功充電的一種方法是安裝功率因數(shù)校正電容器。一般情況下,住宅用戶只需按千瓦時(shí)(kWhr)消耗的有功功率收費(fèi),因?yàn)橹圃焐淘诖蠖鄶?shù)家用電器中內(nèi)置了功率因數(shù)校正電容器,因此幾乎所有的住宅和單相功率因數(shù)值基本相同。

          另一方面,使用三相電源的工業(yè)用戶的功率因數(shù)差別很大,因此,電力公司可能必須考慮到這些工業(yè)用戶的功率因數(shù),如果他們的功率因數(shù)低于規(guī)定值,就要支付罰款,因?yàn)殡娏緸楣I(yè)用戶供電的成本更高,因?yàn)樾枰蟮膶?dǎo)線、更大的變壓器、更大的開關(guān)設(shè)備等來(lái)處理更大的電力電流。

          通常,對(duì)于功率因數(shù)小于0.95的負(fù)載,需要更多的無(wú)功功率。對(duì)于功率因數(shù)值高于0.95的負(fù)載,由于功率消耗更有效,功率因數(shù)為1.0或單位的負(fù)載被認(rèn)為是完美的,不使用任何無(wú)功功率。

          然后我們看到“視在功率”是“無(wú)功功率”和“有功功率”的組合。有功功率或?qū)嶋H功率僅由包含電阻元件的電路產(chǎn)生,而無(wú)功功率則由包含電容和電感元件的電路產(chǎn)生。幾乎所有這些電路的組合R、 我C組件

          由于無(wú)功功率從有功功率中帶走,因此必須在電氣系統(tǒng)中考慮無(wú)功功率,以確保提供的視在功率足以供應(yīng)負(fù)載。對(duì)于任何一個(gè)伏(伏安)電源來(lái)說,都必須具備供電能力。


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