交流电路-功率详解课件.ppt

1、交流电路功率交流电路功率1 单一参数电路的功率单一参数电路的功率2 R-L-C正弦交流电路正弦交流电路中的功率中的功率3 提高功率因数提高功率因数单一参数电路的功率单一参数电路的功率-电阻电阻n电阻元件p总是大于等于零，纯消耗元件。单一参数电路的功率单一参数电路的功率-电阻电阻1）瞬时功率）瞬时功率 电阻中某一时刻消耗的电功率叫做瞬时功率，它等于电压u与电流i瞬时值的乘积，并用小写字母p表示。tIUuipp2mmRsin22cos1mmtIU)2cos1(tUI单一参数电路的功率单一参数电路的功率-电阻电阻2）有功功率（平均功率）有功功率（平均功率)图4.17 电阻元件瞬时功率的波形图 工程中

2、常用瞬时功率在一个周期内的平均值表示功率，称为平均功率,也叫有功功率，用大写字母P表示。由图所见：RURIUIIUP22mm2表达方式与直流电路中电阻功率的形式相同，但式中的U、I不是直流电压、电流，而是正弦交流电的有效值。单一参数电路的功率单一参数电路的功率-电感电感1）瞬时功率）瞬时功率tIUtItUuipp2sin21sin)90sin(mmmmLtUI2sin 电感上的电压与电流相位差90度，相乘后，一部分时间吸收功率，一部分时间放出功率，平均功率为零。单一参数电路的功率单一参数电路的功率-电感电感1）瞬时功率）瞬时功率tIUtItUuipp2sin21sin)90sin(mmmmLt

3、UI2sin 电感上的电压与电流相位差90度，相乘后，一部分时间吸收功率，一部分时间放出功率，平均功率为零。单一参数电路的功率单一参数电路的功率-电感电感2）有功功率（平均功率）有功功率（平均功率）纯电感条件下电路中仅有能量的交换而没有能量的损耗。0LP 为了表示能量交换的规模大小，将电感瞬时功率的最大值定义为电感的无功功无功功率率，用QL表示。L2L2LXUXIUIQQL的基本单位是乏（var）。3）无功功率）无功功率单一参数电路的功率单一参数电路的功率-电容电容1）瞬时功率）瞬时功率 电容上的电压与电流相位差90度，相乘后，一部分时间吸收功率，一部分时间放出功率，平均功率为零。ttIUtI

4、tUuippCcossin)2sin(sinmmmmtUItIU2sin2sin2mm单一参数电路的功率单一参数电路的功率-电容电容2）平均功率）平均功率 纯电容条件下电路中仅有能量的交换而没有能量的损耗。0CP 为了表示能量交换的规模大小，将电容瞬时功率的最大值定义为电感的无功功无功功率率，用QC表示。3）无功功率）无功功率C2C2CXUXIUIQR-L-C正弦电路中的功率：正弦电路中的功率：电类设备总是要提供或吸收功率的。如一盏白炽灯的功率为60W，某台变压器提供的容量为250kVA，某台电动机的额定功率为2.5kW，等等。电力系统中的负载大多是呈感性的。这类负载不单只消耗电网能量，还要占

5、用电网能量，这是我们所不希望的。日光灯负载内带有电容器就是为了减小感性负载占用电网的能量。这种利用电容来达到减小占用电网能量的方法称为无功补偿，也就是后面我们提到的提高功率因数。R-L-C正弦交流电路中的功率正弦交流电路中的功率 对一般的正弦电路，电流、电压不会相位差90度，或同相（0度），设电流电压关系如下：tIimsin)sin(tUum 对电容性电路来说（如电阻电容串联），电流超前电压，-90O0O。R-L-C正弦交流电路中的功率正弦交流电路中的功率tIimsin)sin(tUumtItUuipmmsin)sin(tUItUI2sinsin)2cos1(cos1）瞬时功率）瞬时功率cos

6、UIP 2）有功功率（平均功率）有功功率（平均功率）即电阻上消耗的功率即电阻上消耗的功率UIPcos功率因数，取决于电路阻抗角。功率因数，取决于电路阻抗角。900，为纯电容或纯电感；，为纯电容或纯电感；，为纯电阻。，为纯电阻。sinUIQ 3）无功功率（即电容或电感与电源之间交换的功率）无功功率（即电容或电感与电源之间交换的功率）tItUuipmmsin)sin(tUItUI2sinsin)2cos1(cos4）视在功率）视在功率用额定电压与额定电流的乘积来表示视在功率，即 S=UI 视在功率常用来表示电器设备的容量，其单位为伏安。R-L-C正弦交流电路中的功率正弦交流电路中的功率 将交流电路

7、表示电压间关系的电压三角形的各边乘以电流I即成为功率三角形，如图所示。P、Q、S三者之间的关系：cosUIP sinUIQ 22QPSPQarctanR-L-C正弦交流电路中的功率正弦交流电路中的功率5）功率三角形）功率三角形 已知电阻R=30，电感L=328mH，电容C=40F，串联后接到电压 的电源上。求电路的P、Q和S。V)30314sin(22200tuR-L-C正弦交流电路中的功率正弦交流电路中的功率电路的阻抗)1040314110382314(j30)(j63CLXXRZ1.535040j30)80120(j30）（解：电压相量V302200U因此电流相量为A1.234.4A1.5

8、35030220ZUI电路的平均功率W58W1.534.4220cosUIP电路的无功功率var774var1.53sin4.4220sinUIQ电路的视在功率VA968VA4.4220UIS由上可见，0，电压超前电流，因此电路为感性。提高功率因数提高功率因数 n有功功率有功功率：实际用去的功率 单位：（W）n无功功率无功功率：没有实际消耗，与电源交换的功率 单位：（Var）n视在功率视在功率：电源提供的功率 单位：(VA)n功率因数功率因数：有功功率/视在功率 在生产和生活中使用的电气设备大多属于感性负载，它们的功率因数都较低。变压器容量1000kVA，cos=1时能提供1000kW的有功功

9、率，而在cos=0.7时则只能提供700kW的有功功率。提高功率因数的意义：提高功率因数的意义：1)使发电设备容量得到充分利用。2)减小输电线路上的损耗。提高功率因数提高功率因数 提高功率因数提高功率因数 水电财字第215号文件1983年12月2日 功率因数标准：0.90，适用于160千伏安以上的高压供电用户 功率因数标准：0.85，适用于100千伏安以上的其他工业用户n 电容与电感吸收和放出功率的时间恰好相反，所以，对常见感性电路(包括变压器、电动机、镇流器)，用电容去提高功率因数。功率因数。提高功率因数提高功率因数问：串联电容还是并联电容好？电容电容电感电感 常用的方法是在感性负载的两端并

10、联电容器。（不改变原负载电路）提高功率因数的方法提高功率因数的方法 在感性负载RL支路上并联电容器C后，流过负载支路的电流、负载本身的功率因数及电路中消耗的有功功率也不变。即2L21XRUI2L21cosXRR121cosUIRIP保持不变 但总电压u与总电流i的相位差 减小了，总功率因数cos 增大了。其次，由相量图可见，并联电容器以后线路电流也减小了，因而减小了输电线上的功率损耗。提高功率因数提高功率因数 有一电感性负载，其功率P10kW，功率因数 ，接在电压U220V的电源上，电源频率 f50Hz。(1)如要将功率因数提高到 ，试求与负载并联的电容器的电容值和电容器并联前后的线路电流。(

11、2)如要将功率因数从0.95再提高到1，试问并联电容器的电容值还需增加多少?6.0cos195.0cos提高功率因数提高功率因数95.0cos186.0cos1 531解:计算并联电容器的电容值，可从相量图导出一个公式。)tan(tansin)cos(sin)cos(sinsin1111CUPUPUPIIICUXUICC又因)tan(tan1UPCU所以)tan(tan12UPC由此得 提高功率因数提高功率因数因此所需电容值为F656F)18tan53(tan2205021010)tan(tan2312UPC电容并联前的线路电流（负载电流）为 A6.75A6.02201010cos311UPI

12、并联电容后的线路电流为A8.47A95.02201010cos3UPI（2）如要将功率因数由0.95再提高到1，则需要增加的电容值为F6.213F)0tan18(tan2205021010)tan(tan2312UPC实验电路：实验电路：日光灯管：日光灯管内壁涂有日光灯管：日光灯管内壁涂有一层荧光粉薄膜，在日光灯管一层荧光粉薄膜，在日光灯管的两端装有钨丝，日光灯管内的两端装有钨丝，日光灯管内抽成真空后，充有一定量的惰抽成真空后，充有一定量的惰性气体和少量的水银蒸汽。惰性气体和少量的水银蒸汽。惰性气体有利日光灯的启动，水性气体有利日光灯的启动，水银蒸汽为主要的导电材料，在银蒸汽为主要的导电材料，

13、在放电时产生紫外线激发日光灯放电时产生紫外线激发日光灯管内壁的荧光粉转换为可见光管内壁的荧光粉转换为可见光。实验电路：启辉器：启辉器主要由辉光放启辉器：启辉器主要由辉光放电管和电容器组成。其中辉光电管和电容器组成。其中辉光放电管内部的倒放电管内部的倒U形双金属片形双金属片（动触片）是由两种热膨胀系（动触片）是由两种热膨胀系数不同的金属片组成；小容量数不同的金属片组成；小容量的电容器，可以防止启辉器动的电容器，可以防止启辉器动、静触片断开时产生的火花烧、静触片断开时产生的火花烧坏触片。坏触片。镇流器：镇流器是一个带有铁镇流器：镇流器是一个带有铁心的电感线圈。它与启辉器配心的电感线圈。它与启辉器配

14、合产生瞬间高电压使日光灯管合产生瞬间高电压使日光灯管导通，激发荧光粉发光，还可导通，激发荧光粉发光，还可以限制和稳定电路的工作电流以限制和稳定电路的工作电流。实验电路：日光灯的工作原理日光灯的工作原理 通电后，电压全部加在启辉器通电后，电压全部加在启辉器两端，使辉光放电管放电，放电的热两端，使辉光放电管放电，放电的热量使动触片受热膨胀伸直，与静触片量使动触片受热膨胀伸直，与静触片接通。于是，日光灯管两端的灯丝、接通。于是，日光灯管两端的灯丝、触片、镇流器构成一个回路。触片接触片、镇流器构成一个回路。触片接通后，放电停止，触片冷却断开，导通后，放电停止，触片冷却断开，导致镇流器中的电流突然减小为零。致镇流器中的电流突然减小为零。此时，镇流器产生的很高的自感此时，镇流器产生的很高的自感电压，与电源电压串联叠加于灯管两电压，与电源电压串联叠加于灯管两端，灯管内水银蒸汽游离，撞击惰性端，灯管内水银蒸汽游离，撞击惰性气体分子而放电，辐射出紫外线激发气体分子而放电，辐射出紫外线激发灯管荧光粉，发出近似荧光的可见光。灯管荧光粉，发出近似荧光的可见光。灯管发光后，启辉器不再起作用，电灯管发光后，启辉器不再起作用，电源、镇流器与日光灯管串联工作。源、镇流器与日光灯管串联工作。