无功功率(无功功率是什么?)
接触过交流电的,我想,对“无功”这个词都不陌生吧?但能真正理解“无功”的人有多少,就不得而知了,想来也是不多的 。今天,我就来给大家捋捋“无功”的那些细枝末节吧 。
相对于把无功功率理解为“无用的功率”,我更倾向于把它理解为“无耗能的功率” 。无功功率,可以说是一个功率,但不完全是功率,它区别于有功功率,与耗能无关 。
在正弦交流电路中,无功功率与电感、电容有直接关系 。所以,在理解无功功率之前,我们有必要了解一下功率的含义,以及在交流电路中电感元件和电容元件的功率情况 。
01
相关功率的定义
不管是热能、电能、机械能等,凡是涉及到能量的变化(做功),基本都离不开功率的分析 。功率表示能量消耗(能量变化)的快慢,这就好比跑步,把位移类比为能量变化,跑步速度就是功率,跑得越快,相同时间内,移动距离就越大 。
如果以能量变化画一条曲线,如下图1-1所示,那么这条曲线上各点的斜率(即该点切线的斜率)就代表各点的功率 。
图1-1
如图1-1所示,随着能量的变化,曲线的斜率也是变化的,换言之,其功率也是随时间变化的,这个变化的功率,就是瞬时功率 。
在电路中,电功率有时也用瞬时功率表示,其大小等于该时刻的电压与电流乘积,即p=ui(三者均用小写字母表示),单位为“瓦特[W]” 。显然,瞬时功率等于瞬时电压乘以瞬时电流,它们都是瞬时值 。
瞬时功率的理解其实很简单,例如在0时刻的瞬时功率为10W,表示该时刻电能的消耗速度为10焦耳每秒(10J/s), t1 时刻的瞬时功率为25W,表示此时电能消耗的速度为25焦耳每秒(25J/s) 。
实际上,计量用表计上的功率、家用电器上标定的功率指的都是平均功率,它是瞬时功率的平均值,用大写字母“P”表示,单位也是“瓦特[W]” 。
根据功率的定义,电能量W=pt,类似于跑步距离等于跑步速度乘以时间 。如果以瞬时功率变化画一条曲线,那么该曲线与横轴(时间轴)围成的面积就表示能量变化,如下图1-2所示 。
图1-2
如图1-2所示,若某部分电路端口的瞬时功率随实际变化,它与时间横轴围成的面积有正有负 。在0~t1 时间段,瞬时功率为正值,所以该部分电路的能量变化为正(面积为正值),即吸收能量;在t1 ~t2 时间段,瞬时功率为负值,所以该部分电路的能量变化为负(面积为负值),即释放能量 。
当然,如果要计算从0~t2 时间段的平均功率,那么就要把所有能量变化相加(吸收能量为正,释放能量为负),再除以时间,即P=W总 /t。这就好比求跑步的平均速度,要先求出总位移(往前跑为正,往回跑为负),再除以时间 。
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