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视在功率

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  • 发布时间:2013/9/18 10:35:05
  • 作者:银河电气

一、视在功率的定义

  在电工技术中,将单口网络端钮电压和电流有效值的乘积,称为视在功率(apparent power),记为S=UI。只有单口网络完全由电阻混联而成时,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,视在功率不是单口网络实际所消耗的功率。为以示区别,视在功率不用瓦特(W)为单位,而用伏安(VA)或千伏安(kVA)为单位。

  《GB/T2900.1-2008 电工术语 基本术语》对视在功率定义如下:

  二端元件或二端电路端子间电压的方均根值U与该元件或电路中的电流的方均根值I的乘积

二、视在功率的意义

  由于视在功率等于网络端钮处电流、电压有效值的乘积,而有效值能客观地反映正弦量的大小和他的做功能力,因此这两个量的乘积反映了为确保网络能正常工作,外电路需传给网络的能量或该网络的容量。
  由于网络中既存在电阻这样的耗能元件,又存在电感、电容这样的储能元件,所以,外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,同时应有一部分能量被贮存在电感、电容等元件中。这就是视在功率大于平均功率的原因。只有这样网络或设备才能正常工作。若按平均功率给网络提供电能是不能保证其正常工作的。
  因此,在实际中,通常是用额定电压和额定电流来设计和使用用电设备的,用视在功率来标示它的容量。
  另外,由于电感、电容等元件在一段时间之内储存的能量将分别在其它时间段内释放掉,这部分能量可能会被电阻所吸收,也可能会提供给外电路。所以,我们看到单口网络的瞬时功率有时为正有时为负。
  在正弦稳态电路中,整个RLC串联电路中吸收的瞬时功率为:

 

  p=pR+pC+pL=RI2[1+cos(2ωt)]-(ωL-1/ωC)I2sin(2ωt)


  它是一个频率为正弦电流或电压频率2倍的周期量。第一项始终是大于或等于零,是瞬时功率的不可逆部分,为电路所吸收的功率,不再返回外部电路。

  第二项表明,电感和电容的瞬时功率反相,在能量交换过程中,彼此互补,电感吸收或释放能量时,恰好是电容释放或吸收能量。彼此互补后的不足部分由外部电路补充。

三、正弦稳态电路中视在功率、有功功率、无功功率的联系

  在正弦稳态电路中,有功功率一般小于视在功率,也就是说视在功率上打一个折扣才能等于平均功率,这个折扣称为功率因数(power factor),数值上等于位移因数(电压与电流的相位差的余弦值,用cosφ表示)。

  正弦交流电路中,下述等式成立:

  P=S*cosφ

  Q=S*sinφ

  P2+Q2=S2

  可见,视在功率S与有功功率P和无功功率Q在数值上呈现一个三角形关系。

有功功率和无功功率及视在功率构成的复功率三角形

视在功率与有功功率和无功功率构成的复功率三角形


  在非正弦电路中,无功功率、有功功率的定义式有所不同,等式P2+Q2=S2也不再成立,详细内容请参见银河百科词条“广义无功功率”。

四、三相不平衡正弦电路中的视在功率

  值得注意的是,视在功率的标准定义只针对二端电路。在三相不平衡正弦电路中,三相视在功率与作为二端电路的每一相电路的视在功率之间应该如何换算呢?是简单的数值相加,还是有其它的计算方法呢?详情请参见“如何计算三相不平衡正弦电路的视在功率和功率因数?”。

 


【扩展阅读】:

  银河百科:有功功率

       无功功率

       位移无功功率

       畸变无功功率

       功率因数


作者:vfecc

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