无功功率是什么? 无功功率( 二 )



看到这里,我相信大家对瞬时功率和平均功率都有了比较清晰的理解,在此基础上,我们再来分析一下正弦交流电路中电感元件和电容元件的功率是怎样的 。
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交流电路中感元件和电容元件的功率

在正弦交流电路中,理想的电感元件和电容元件都是储能元件,即是非耗能元件 。所谓“非耗能”,是指在任一周期内,电感元件和电容元件从电源侧所吸收的能量和为零 。那么,它为什么是零呢?希望在看了接下来的内容后,你能给出自己的一份答案 。

1、交流电路中电感元件的功率
在交流电路中,电感元件的电压相位超前电流相位90°,它们的波形图如下图1-3所示 。绿色波形图表示电压 u,蓝色波形图表示电流 i。

图1-3

在图1-3中,电压相位超前电流相位90°,如果看不出怎么超前的,可以这样理解:横轴为时间,随着时间的变化,在180°区间内,电压波形先达到最大值,电流后达到最大值,两个最大值的跨度为90°;或者说,电压先达到过零点(斜率为正),电流后达到过零点(斜率为正) 。

电感元件中,瞬时电压与瞬时电流波形图已知,由于瞬时功率p=ui,可以得出电感元件的瞬时功率波形如图1-3中的红色曲线所示 。其实这个功率是有一个计算过程的,但比较复杂,我就不再展开讲解了,大家感兴趣的可以去补一下三角函数的知识 。

把图1-3中电感元件的瞬时功率波形图单独显示,如下图1-4所示 。可以看到,电感元件的瞬时功率按正弦规律变化,是一个周期量 。

图1-4

结合上文提到的能量与功率曲线的关系,从图1-4中也可以看到,电感元件在一个功率周期内,会从电源吸收能量(正半面积),也会对电源释放能量(负半面积),由于曲线的对称性,正半面积的大小恰好等于负半面积,这表明,电感元件所吸收的能量全部又释放回去,一点都不留 。这就是电感元件的非耗能特性,电感元件只和电源之间进行能量交换,而不会像电阻元件那样把电能转化为热能、光能等从而消耗掉 。电感元件的这种吸收能量又释放能量的特性称为储能特性 。

基于图1-4,我们可以计算一下电感元件的平均功率,基于其瞬时功率的周期性,每一个周期的能量变化过程都是一样的,所以我们任取一个周期计算即可 。

其实,不用计算,我想大家也知道,电感元件的平均功率为0 。因为在一个周期内,电感的总能量变化为0(吸收又释放),所以平均功率如下图1-5所示 。

图1-5

2、交流电路中电容元件的功率
在交流电路中,电容元件的电流相位超前电压相位90°,它们的波形图如下图1-6所示 。绿色波形图表示电压 u,蓝色波形图表示电流 i。

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