無功功率(無功功率是什么?)
接觸過交流電的,我想,對“無功”這個詞都不陌生吧?但能真正理解“無功”的人有多少,就不得而知了,想來也是不多的 。今天,我就來給大家捋捋“無功”的那些細枝末節吧 。
相對于把無功功率理解為“無用的功率”,我更傾向于把它理解為“無耗能的功率” 。無功功率,可以說是一個功率,但不完全是功率,它區別于有功功率,與耗能無關 。
在正弦交流電路中,無功功率與電感、電容有直接關系 。所以,在理解無功功率之前,我們有必要了解一下功率的含義,以及在交流電路中電感元件和電容元件的功率情況 。
01
相關功率的定義
不管是熱能、電能、機械能等,凡是涉及到能量的變化(做功),基本都離不開功率的分析 。功率表示能量消耗(能量變化)的快慢,這就好比跑步,把位移類比為能量變化,跑步速度就是功率,跑得越快,相同時間內,移動距離就越大 。
如果以能量變化畫一條曲線,如下圖1-1所示,那么這條曲線上各點的斜率(即該點切線的斜率)就代表各點的功率 。
圖1-1
如圖1-1所示,隨著能量的變化,曲線的斜率也是變化的,換言之,其功率也是隨時間變化的,這個變化的功率,就是瞬時功率 。
在電路中,電功率有時也用瞬時功率表示,其大小等于該時刻的電壓與電流乘積,即p=ui(三者均用小寫字母表示),單位為“瓦特[W]” 。顯然,瞬時功率等于瞬時電壓乘以瞬時電流,它們都是瞬時值 。
瞬時功率的理解其實很簡單,例如在0時刻的瞬時功率為10W,表示該時刻電能的消耗速度為10焦耳每秒(10J/s), t1 時刻的瞬時功率為25W,表示此時電能消耗的速度為25焦耳每秒(25J/s) 。
實際上,計量用表計上的功率、家用電器上標定的功率指的都是平均功率,它是瞬時功率的平均值,用大寫字母“P”表示,單位也是“瓦特[W]” 。
根據功率的定義,電能量W=pt,類似于跑步距離等于跑步速度乘以時間 。如果以瞬時功率變化畫一條曲線,那么該曲線與橫軸(時間軸)圍成的面積就表示能量變化,如下圖1-2所示 。
圖1-2
如圖1-2所示,若某部分電路端口的瞬時功率隨實際變化,它與時間橫軸圍成的面積有正有負 。在0~t1 時間段,瞬時功率為正值,所以該部分電路的能量變化為正(面積為正值),即吸收能量;在t1 ~t2 時間段,瞬時功率為負值,所以該部分電路的能量變化為負(面積為負值),即釋放能量 。
當然,如果要計算從0~t2 時間段的平均功率,那么就要把所有能量變化相加(吸收能量為正,釋放能量為負),再除以時間,即P=W總 /t。這就好比求跑步的平均速度,要先求出總位移(往前跑為正,往回跑為負),再除以時間 。
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