我來嘗試從電子元件的物理特性和電路兩方面解答。
1.有功功率通常是指將電源的電能轉化為其他形式的能量,如機械能、內能;無功功率通常是指電源和負載之間進行電能和磁能的相互轉化,這部分能量由電源提供給負載,負載再還給電源。
2.無功功率並不是發電機發出的,而是負載產生的。
3.無功功率是電源的電壓和電流的相位差產生的
設 ,其中 為電壓和電流的相位差。設u的有效值為U,i的有效值為I。
則交流電在一個週期內的平均功率為 ,
P就是交流電的有功功率,我們稱S=UI為交流電的視在功率,稱 為交流電的無功功率。顯然,當且僅當 =0時,交流電的有功功率等於其視在功率。
稱為交流電的功率因數,實際上,我們應該儘量提高電氣裝置的功率因數,提高能量的傳輸效率,減少能量的損耗。
那麼電壓和電流的相位差又是如何產生的呢,答案是電容和電感。
我們先看看理想電容和理想電感的伏安特性,
透過電容C的電流
電感L兩段的電壓
如果電源是電壓源 ,
則透過電容C的電流是 ;
透過電感L的電流是 ;
由此可見,正弦交流電透過純電容或電感時的功率因數為0,他們電壓和電流的相位差是 或 。
下面我們以一個一階電路為例,考察它的功率因數,電壓電流的單位為V和A
設電源 ,負載為一個L=1H的電感和R=1Ω的電阻串聯,電路中的電流為 ,在t=0時刻閉合電路,且閉合前電感的電壓為0.
則
解得 ,電路穩定後的電流
由此可見,該電路中的電壓和電流的相位差為 ,功率因數為
在《電路分析》中,一般用相量法計算LRC電路中的響應,這裡不詳細介紹。
4.電是商品,這個商品具體指的就是有功功率,使用者從電廠那裡獲得電能轉化為其他形式的能量,如透過水泵泵水使得水獲得機械能,透過電熱器燒水使水獲得內能等等。
而同一個電氣裝置,它的視在功率通常是一定的,而不是有功功率,如果無功功率過大,則勢必降低能量傳輸效率;
另一方面,在使用者需要一定的有功功率情況下,功率因數越小,意味著電流越大,線上路的電阻不變的情況下,線路上的損耗就越大。
不過無功功率也是必要的,例如像電機這種負載,涉及到電能、磁能和機械能的轉化,只有電感才能產生磁場。
因此,我們應該儘量提高電路中的功率因數,但是不能完全消除無功,因為他們並不是完全的無用功!
我來嘗試從電子元件的物理特性和電路兩方面解答。
1.有功功率通常是指將電源的電能轉化為其他形式的能量,如機械能、內能;無功功率通常是指電源和負載之間進行電能和磁能的相互轉化,這部分能量由電源提供給負載,負載再還給電源。
2.無功功率並不是發電機發出的,而是負載產生的。
3.無功功率是電源的電壓和電流的相位差產生的
設 ,其中 為電壓和電流的相位差。設u的有效值為U,i的有效值為I。
則交流電在一個週期內的平均功率為 ,
P就是交流電的有功功率,我們稱S=UI為交流電的視在功率,稱 為交流電的無功功率。顯然,當且僅當 =0時,交流電的有功功率等於其視在功率。
稱為交流電的功率因數,實際上,我們應該儘量提高電氣裝置的功率因數,提高能量的傳輸效率,減少能量的損耗。
那麼電壓和電流的相位差又是如何產生的呢,答案是電容和電感。
我們先看看理想電容和理想電感的伏安特性,
透過電容C的電流
電感L兩段的電壓
如果電源是電壓源 ,
則透過電容C的電流是 ;
透過電感L的電流是 ;
由此可見,正弦交流電透過純電容或電感時的功率因數為0,他們電壓和電流的相位差是 或 。
下面我們以一個一階電路為例,考察它的功率因數,電壓電流的單位為V和A
設電源 ,負載為一個L=1H的電感和R=1Ω的電阻串聯,電路中的電流為 ,在t=0時刻閉合電路,且閉合前電感的電壓為0.
則
解得 ,電路穩定後的電流
由此可見,該電路中的電壓和電流的相位差為 ,功率因數為
在《電路分析》中,一般用相量法計算LRC電路中的響應,這裡不詳細介紹。
4.電是商品,這個商品具體指的就是有功功率,使用者從電廠那裡獲得電能轉化為其他形式的能量,如透過水泵泵水使得水獲得機械能,透過電熱器燒水使水獲得內能等等。
而同一個電氣裝置,它的視在功率通常是一定的,而不是有功功率,如果無功功率過大,則勢必降低能量傳輸效率;
另一方面,在使用者需要一定的有功功率情況下,功率因數越小,意味著電流越大,線上路的電阻不變的情況下,線路上的損耗就越大。
不過無功功率也是必要的,例如像電機這種負載,涉及到電能、磁能和機械能的轉化,只有電感才能產生磁場。
因此,我們應該儘量提高電路中的功率因數,但是不能完全消除無功,因為他們並不是完全的無用功!