正弦交流电路的瞬时功率、平均功率与功率因数、功率三角形、视在功率、无功功率

什么是有功功率、无功功率、视在功率、功率三角形及三相电路的功率如何计算-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1什么是有功功率、无功功率、视在功率及功率三角形三相电路的功率如何计算什么是有功功率、无功功率、视在功率及功率三角形三相电路的功率如何计算一、有功功率在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上、功率不可逆转换的那部分功率（如转变为热能、光能或机械能）称为有功功率，简称“有功”，用“P”表示，单位是瓦（W）或千瓦（KW）。

它反映了交流电源在电阻元件上做功的能力大小，或单位时间内转变为其它能量形式的电能数值。

实际上它是交流电在一个周期内瞬时转变为其他能量形式的电能数值。

实际上它是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值，故又称平均功率。

它的大小等于瞬时功率最大值的1/2，就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。

二、无功功率在交流电路中，凡是具有电感性或电容性的元件，在通过后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。

因此，在交流电每个周期内的上半部分（瞬时功率为正值）时间内，它们将会从电源吸收能量用建立磁场或电场；而下半部分（瞬时功率为负值）的时间内，其建立的磁场或电场能量又返回电源。

因此，在整个周期内这种功率的平均值等于零。

就是说，电源的能量与磁场能量或电场能量在进行着可逆的能量转换，而并不消耗功率。

为了反映以上事实并加以表示，将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率。

简称“无功”，用“Q”表示。

单位是乏（Var）或千乏(KVar)。

无功功率是交流电路中由于电抗性元件（指纯电感或纯电容）的存在，而进行可逆性转换的那部分电功率，它表达了交流电源能量与磁场或电场能量交换的最大速率。

实际工作中，凡是有线圈和铁芯的感性负载，它们在工作时建立磁场所消耗的功率即为无功功率。

如果没有无功功率，电动机和变压器就不能建立工作磁场。

三、视在功率交流电源所能提供的总功率，称之为视在功率或表现功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。

有功功率、无功功率、视在功率以及功率因数Active power、Reactive power、Apparent power有功功率有功功率（英语：active power，AC power）也称为实功率（R，real power）是一个在交流电电路系统中的概念，表示电源在周期内所发出的瞬时功率的平均值，有功功率以P来表示，其单位是瓦特（W）。

在电路的电源电路的一个给定的点的过去的能量流的速率。

在交流电路中，储能元件如电感和电容，可能会导致能量流动的方向周期性的逆转。

电源的部分，在一个完整的周期的交流波形的平均，在一个方向上的能量的净转移的结果被称为真正的力量。

储存的能量，该方法返回到源在每个周期中，由于功率的部分被称为无功功率。

在交流电路中，有功功率是指一个周期内发出或负载消耗的瞬时功率的积分的平均值（或负载电阻所消耗的功率），因此，也称平均功率。

1定义记瞬时电压为u(t)，瞬时电流为i(t)，瞬时功率为p(t)，则：记有功功率为P，则：对于交流电，T为交流电的周期，对于直流电，T可取任意值。

对于正弦交流电，经过积分运算可得：上式中，U、I分别为正弦交流电的有效值，φ为电压与电流信号的相位差。

2三相电对于单相正弦交流电而言，其瞬时功率是变化的，因此，对于单相电机，其输出转矩有脉动。

对于三相电机，其三相电的瞬时功率之和却是恒定值，因此，对于三相电机，其输出转矩无脉动。

证明如下：假设：Ua=Um*sin（ωt+120°）Ia=Im*sin（ωt+120°-θ）那么，Pa=Ua*Ia=Um*Im*sin（ωt+120°）*sin（ωt+120°-θ）=1/2*Um*Im*[cosθ-cos(2ωt+240°-θ)]同理：Pb=1/2*Um*Im*[cosθ-cos(2ωt-θ)]Pc=1/2*Um*Im*[cosθ-cos(2ωt-240°-θ)]P=Pa+Pb+Pc=3/2*Um*Im*cosθ-[cos(2ωt+240°-θ)+cos(2ωt-θ)+cos(2ωt-240°-θ)]=3/2*Um*Im*cosθ-[cos(2ωt-120°-θ)+cos(2ωt-θ)+cos(2ωt+120°-θ)]∵cos(2ωt-120°-θ)+cos(2ωt+120°-θ)=2cos(2ωt-θ)*cos(-120°)=-cos(2ωt-θ)∴P=3/2*Um*Im*cosθ即：三相电机的输出瞬时功率为恒定值。

《电工与电子技术基础》教材复习知识要点第一章：直流电路及其分析方法复习要点基本概念：电路的组成和作用；理解和掌握电路中电流、电压和电动势、电功率和电能的物理意义；理解电压和电动势、电流参考方向的意义；理解和掌握基本电路元件电阻、电感、电容的伏－安特性，以及电压源（包括恒压源）、电流源（包括恒流源）的外特性；理解电路（电源）的三种工作状态和特点；理解电器设备（元件）额定值的概念和三种工作状态；理解电位的概念，理解电位与电压的关系。

基本定律和定理：熟练掌握基尔霍夫电流、电压定律和欧姆定理及其应用，特别强调Σ I=0和Σ U=0时两套正负号的意义，以及欧姆定理中正负号的意义。

分析依据和方法：理解电阻的串、并联，掌握混联电阻电路等效电阻的求解方法，以及分流、分压公式的熟练应用；掌握电路中电路元件的负载、电源的判断方法，掌握电路的功率平衡分析；掌握用支路电流法、叠加原理、戴维宁定理和电源等效变换等方法分析、计算电路；掌握电路中各点的电位的计算。

基本公式：欧姆定理和全欧姆定理Rr E I R U I +==0, 电阻的串、并联等效电阻212121,R R R R R R R R +=+=串串 KCL 、KVL 定律0)(,0)(=∑=∑u U i I 分流、分压公式U R R R U U R R R U I R R R I I R R R I 2122211121122121,;,+=+=+=+= 一段电路的电功率ba ab I U P ⨯= 电阻上的电功率R U R I I U P 22=⨯=⨯= 电能tP W ⨯=难点：一段电路电压的计算和负载开路（空载）电压计算，注意两者的区别。

常用填空题类型：1.电路的基本组成有电源、负载、中间环节三个部分。

2.20Ω的电阻与80Ω电阻相串联时的等效电阻为 100 Ω，相并联时的等效电阻为 16 Ω。

3.戴维南定理指出：任何一个有源二端线性网络都可以用一个等效的 电压 源来表示。

今日作业：7-117-137.3 正弦稳态电路中的功率Power in Sinusoidal Steady State一、瞬时功率(Instantaneous Power)----W二、平均功率(Average Power or Active Power)----W 三、无功功率(Reactive Power)----Var 四、视在功率(Apparent Power)----VA 五、功率因数（Power Factor ）的提高六、复功率(Complex Power)----VA7.3 正弦稳态电路中的功率Power in Sinusoidal Steady State正弦稳态电路+_ui一、瞬时功率(Instantaneous Power)----WA)cos(2V cos 2ϕωω−==t I i t U u 设：tUI t UI t t UI t UI t t UI ui p ωϕωϕϕϕωϕωϕϕωϕωω2sin sin ]2cos 1[cos ]cos sin 2sin cos 2[cos )cos )2[cos()cos(cos 2⋅++=+⋅+⋅=+−=−⋅==ωti,u,p[cos(2)cos )cos [1cos 2]sin sin 2p UI t UI t UI tωϕϕϕωϕω=−+=++⋅ϕcos UI 不可逆部分可逆部分返回二、平均功率(Average Power or Active Power)----Wϕcos )(10UI dtt p T P T==∫cos ϕ−−功率因数正弦稳态电路+_U I计算平均功率的两种方法ϕcos )()(UI P P P R=∑=21RXtg iu 121−=−=ϕψψϕϕ）（）的求解：（返回三、无功功率(Reactive Power)----Var sin Q UI ϕ=计算无功功率的另一种方法XQ Q =∑返回正弦稳态电路+_U I 四、视在功率(Apparent Power)----VA22S P Q UI=+=PQSϕ功率三角形注：在工程上视在功率用来表示电源设备（变压器、发电机等）的容量，也可用来衡量发电机可能提供的最大平均功率（额定电压×额定电流）正弦稳态电路+_U I等于多少？问：此电路的功率因数，另一个负载的，，已知一个负载的)(.cos )(.cos 0850Kw 90070Kw 70222111>==<==ϕϕϕϕP P P 1cos ϕ1P 2cos ϕ21I 2I I+_U解例1问题的提出：日常生活中绝大部分负载为感性cos ϕI当U 、P 一定时，∴五、功率因数（Power Factor ）的提高P =P R =UI cos ϕ其消耗的有功功率为：R LR U LU IU +-+-+-1、线路损耗增加；2、终端负载工作电压降低，影响其正常工作；3、电源容量增加。

第十讲正弦交流电路的分析计算正弦交流电路中的功率功率因数的提高及最大功率的计算时间：2学时重点和难点：正弦交流电路向量法求解；有功功率与无功功率的计算目的：让学生用向量图分析求解正弦交流电路的主要依据,掌握参考向量的选择方法，掌握用向量图分析电路的方法，能熟练应用向量法求解各类实际电路问题；让学生掌握瞬时功率、平均功率的意义和计算方法，掌握功率因数的概念、意义、计算方法，掌握引起无功功率的原因，掌握无功功率、复功率、视在功率、容量的计算方法。

教学方法：多媒体演示、课堂讲授主要教学内容：一、正弦交流电路的分析计算对于任意正弦交流电路，只要用相量表示正弦交流电路中的电压、电流，用阻抗或导纳对应直流电路的电阻或电导，所有的运算采用复数运算规则进行，计算电阻电路时的一些公式和方法，就可以完全用到正弦交流电路中来。

这就是说，运用相量并引用阻抗及导纳，正弦交流电路的计算方法可以仿照电阻电路的处理方法来进行。

正弦交流电路的分析，一种是依靠相量图来解决实际问题，这种方法称为相量图法，而把依靠列出相量方程来解决实际问题的方法称为相量解析法。

两者均属相量法的范畴，它们的依据是共同的。

1、正弦交流电路的相量图法分析计算：1）对于简单的正弦交流电路常借助于相量图进行辅助分析，这样可以直观表现出各电量之间的大小和相位关系。

画相量图时，应遵循以下几点：a、选择参考相量；b、画在同一相量图上的各电量一定是同频率的；c、依据欧姆定律及KCL、KVL的相量形式；d、单一参数R、L、C各元件电压与电流的相量关系；2）参考相量的选取原则：a、串联电路宜选用电流为参考相量，并联电路宜选用电压为参考相量；b 、对于较复杂的混联电路，应根据已知条件综合考虑。

可以选电路内部某并联部分电压为参考相量，也可以选其中某部分的电流为参考相量；或选用端电压或电流为参考相量。

例1 并联电路如图（a ）所示，用相量图定性表明各电流相量的关系。

解：并联电路宜从两端电压入手，选电压相量S U 为参考相量。