張 劍 張 勇 林 瓏

摘要在電工學(xué)課程中交流電路是一個重點,也是一個難點,其中交流電路功率又是交流電路中的一個重點。大部分教材只給出了相關(guān)的計算公式,從而導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分知識時理解不深刻,理解不透徹,甚至理解出現(xiàn)偏差。鑒于此,筆者將從交流電路功率的組成、各部分的物理意義、以及與有用功無用功的區(qū)別幾個角度來理解交流電路功率。

關(guān)鍵詞交流電路交流電路功率有用功

中圖分類號:G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1 交流電路功率的組成及各個部分的物理含義

交流電路的功率由三部分功率組成即:視在功率、有功功率、無功功率。

有功功率:它是指能量轉(zhuǎn)換過程中不可逆的那部分功率,在交流電路中,凡是消耗在電阻元件上、功率不可逆轉(zhuǎn)換的那部分功率(如轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、光能或機械能)稱為有功功率,簡稱“有功”,單位是瓦(w)或千瓦(kw)。它反映了交流電源在電阻元件上做功的能力大小,或單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值。實際上它是交流電在一個周期內(nèi)瞬時轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值。實際上它是交流電在一個周期內(nèi)瞬時功率的平均值,故又稱平均功率。它的大小等于瞬時功率最大值的1/2,就是等于電阻元件兩端電壓有效值與通過電阻元件中電流有效值的乘積。

無功功率:它是指能量轉(zhuǎn)換過程中可逆的那部分功率,在含有電感元件或電容元件的電路中,電感元件和電容元件都在不斷地進(jìn)行著能量交換,或?qū)⑽盏碾娔苻D(zhuǎn)換為磁場能或電場能,或把磁場能或電場能又以電能的形式送還給電路,整個能量轉(zhuǎn)換的過程可逆,即電感和電容元件上只有能量交換而沒有能量消耗。電工技術(shù)中,為了衡量電感元件和電容元件上能量交換的規(guī)模,人們就引入了無功功率的概念,簡稱“無功”,單位為乏(var)或千乏(kvar)。實際工作中,凡是有線圈和鐵芯的感性負(fù)載,它們在工作時建立磁場所消耗的功率即為無功功率。如果沒有無功功率,電動機和變壓器就不能建立工作磁場。

視在功率:交流電源所能提供的總功率,稱之為視在功率或表現(xiàn)功率,在數(shù)值上是交流電路中電壓與電流的乘積。在交流電路中,由于有感性或容性儲能設(shè)備,電壓與電流有相位差,通俗講就是電壓與電流不同相。因此,從表面看到的電壓和電流實際并沒有做那么大的功,有電源與儲能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換,所以稱為視在功率,單位為伏安(VA)或千伏安(KVA)。

它通常用來表示交流電源設(shè)備(如變壓器)的容量大小。視在功率既不等于有功功率,又不等于無功功率,但它既包括有功功率,又包括無功功率。能否使視在功率100KVA的變壓器輸出100KW的有功功率,主要取決于負(fù)載的功率因數(shù)。

2 有功功率、無功功率與有用功、無用功的區(qū)別與聯(lián)系

要理解有功功率、無功功率與有用功、無用功的區(qū)別與聯(lián)系,首先就必須了解這幾個概念,有功功率、無功功率的含義前面已經(jīng)敘述過來,下面就有用功、無用功的概念做一些說明,然后再討論它們的區(qū)別與聯(lián)系。

有用功:從做功的意義上來講,就是人因需要而做的功叫做有用功,也就是說對我們工作有用的功。

無用功:無用功是指人們在做功時,并不需要的,但是為了達(dá)到工作目的而不得不做的功。例如:人想要提砂子上樓,人對砂子做的功就是為了滿足需要而做的有用功。人在提砂子時,必須有盛砂子的物體,如筐等,人在提升砂子的同時,也對筐做了功,而人對筐做功并不是目的,但是又不得不做,因為沒有筐,砂子是無法被提升的,所以人對筐所做的功就是無用功。

在搞清楚了這幾個概念后,我們就可以討論有功功率、無功功率、有用功、無用功的區(qū)別與聯(lián)系了。有功功率、無功功率、有用功、無用功都是能量的一種,只是它們從不同的角度分類得到的而已,有功功率和無功功率是從能量轉(zhuǎn)換這個角度來定義的,有用功和無用功是從能量有無用這個角度來定義的。另外,有功功率、無功功率、有用功、無用功也存在著交叉重疊的地方,比如:輸電線路在輸電時,輸電線的等效電阻電阻上消耗的電能就既是有功功率同時也是無用功,所以有功功率不一定是有用功。反之,無功功率不一定就是無用功,比如:變壓器在工作時建立的交變磁場所需的就是無功功率,但此時該無功功率是有用的,故其是有用功。所以有功功率、無功功率和有用功、無用功既有區(qū)別又有聯(lián)系,在討論它們時切忌不能望文生義,一定要把它們搞清楚。

通過上面的說明,自此我們就可以對交流電路的功率有一個比較全面的認(rèn)識了。特別是在了解了其物理含義和與其它相關(guān)概念做了對比后,我們對交流電路的功率理解就會更深刻、更清晰,在以后的相關(guān)計算中,我們就會不僅知其然而且還會知其所以然了,也不再因混淆它們而感到煩惱了。