第3章 正弦稳态电路的功率精选文档.ppt

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1、本讲稿第一页，共五十三页pUI即瞬时功率在一周即瞬时功率在一周期内的平均值期内的平均值v平均功率就是实际消耗的功率，故又称有功功率。平均功率就是实际消耗的功率，故又称有功功率。2、平均功率、平均功率本讲稿第二页，共五十三页1 1、瞬时功率：、瞬时功率：p0，吸收电能，电能，吸收电能，电能 磁场能量磁场能量说明说明：电源与电感两者交换能量。电源与电感两者交换能量。p0，电能，电能 电场能量，电容充电电场能量，电容充电说明说明：电源与电容两者交换能量。电源与电容两者交换能量。p0,电路吸收功率；电路吸收功率；p 0表示该网络吸收有功功率。表示该网络吸收有功功率。0,0,感性，感性，滞后功率因数（滞

2、后功率因数（电流滞后电流滞后）X0,0，表示网络吸收无功功率；，表示网络吸收无功功率；Q 0，表示网络发出无功功率。，表示网络发出无功功率。本讲稿第十八页，共五十三页本讲稿第十九页，共五十三页电感吸收无功功率电感吸收无功功率电容发出无功功率电容发出无功功率本讲稿第二十页，共五十三页4.复功率复功率复功率可表示为：复功率可表示为：本讲稿第二十一页，共五十三页5.视在功率视在功率(表观功率表观功率)S反映电气设备的容量。反映电气设备的容量。S 的单位：的单位：VA（伏安）（伏安）jQPS+=SUIQPS=+=22|可以证明，复功率是守恒的。可以证明，复功率是守恒的。即即 01=nKKS 或或 (0

3、1*=nKKKIU)本讲稿第二十二页，共五十三页单位：单位：W单位：单位：var单位：单位：VA SPQ功率三角形功率三角形本讲稿第二十三页，共五十三页 SPQ ZRX UURUX功率三角形功率三角形阻抗三角形阻抗三角形电压三角形电压三角形本讲稿第二十四页，共五十三页已知：电动机已知：电动机 PD=1000W，U=220V，f=50Hz，C=30 F。求负载电路的功率因数。求负载电路的功率因数。D的功率因数为的功率因数为0.8（滞后）。（滞后）。例例.解解：本讲稿第二十五页，共五十三页本讲稿第二十六页，共五十三页6.交流电路功率的测量交流电路功率的测量i1i2R电流线圈电流线圈电压线圈电压线圈

4、单相功率表原理：单相功率表原理：指指针针偏偏转转角角度度与与 P 成成正正比比，由由偏偏转转角角(校校准准后后)即即可可测测量量平平均功率均功率P。本讲稿第二十七页，共五十三页使用功率表应注意使用功率表应注意：(1)同同名名端端：在在负负载载 u,i 关关联联方方向向下下，电电流流 i 从从电电流流线线圈圈“*”号号端端流流入入，电电压压u正正端端接接电电压压线线圈圈“*”号号端端，此此时时P表表示示负负载吸收的功率。载吸收的功率。(2)量程：量程：P 的量程的量程=U 的量程的量程 I 的量程的量程 cos (功率表指针读数功率表指针读数)测量时，测量时，P、U、I均不能超量程。均不能超量程

5、。本讲稿第二十八页，共五十三页+Z本讲稿第二十九页，共五十三页解解：三表法测线圈参数。三表法测线圈参数。已已 知知 f=50Hz，且且 测测 得得U=50V，I=1A，P=3W。例例.本讲稿第三十页，共五十三页7、功率因数提高、功率因数提高P=S cos cos =1,P=S=75kWcos =0.7,P=0.7S=52.5kW一般用户：一般用户：异步电机异步电机 空载空载cos =0.20.3 满载满载cos =0.70.85 日光灯等日光灯等 cos =0.450.6 设备容量设备容量S(额定额定)向负载送多少有功功率要由功率向负载送多少有功功率要由功率因数决定。因数决定。本讲稿第三十一页

6、，共五十三页负负载载iu说明：说明：由负载性质决定。与电路的参数由负载性质决定。与电路的参数和频率有关，与电路的电压、电流无关。和频率有关，与电路的电压、电流无关。功率因数功率因数 和电路参数的关系和电路参数的关系RZ本讲稿第三十二页，共五十三页功率因数低的危害功率因数低的危害：(2)增加线路和发电机绕组的功率损耗。发电机的电压发电机的电压U和输出功率和输出功率P 一定时，电流一定时，电流I与功率因与功率因数成反比。线路和发电机绕组上的功率损耗与功率因数成数成反比。线路和发电机绕组上的功率损耗与功率因数成反比。反比。提高功率因数可以提高发电设备的利用率，并节约大量电能。提高功率因数可以提高发电

7、设备的利用率，并节约大量电能。(1)发电设备的容量不能充分利用。额定情况下发电设备发出的有功功率：额定情况下发电设备发出的有功功率：因为发电设备的额定功率一定，所以功率因数越小因为发电设备的额定功率一定，所以功率因数越小发电设备发出的发电设备发出的有功功率越小，无功功率越大有功功率越小，无功功率越大。额定功率一定 本讲稿第三十三页，共五十三页提高功率因数的原则提高功率因数的原则：必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负载上的必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负载上的电压电压U和负载的有功功率和负载的有功功率P不变。不变。提高功率因数的措施提高功率因数的措施:uiRL并电容并电容C本讲稿第三

8、十四页，共五十三页分析分析:1 2LRC+_注意：注意：这里所讲的提高功率因数，是指提高电源或电网的功率因数，而不是指某个电感性这里所讲的提高功率因数，是指提高电源或电网的功率因数，而不是指某个电感性负载的功率因数。负载的功率因数。本讲稿第三十五页，共五十三页并联电容值的计算并联电容值的计算 设原电路的功率因数为设原电路的功率因数为 cos L，要求补偿到，要求补偿到cos 须并联多大电容？（设须并联多大电容？（设 U、P、为已知）为已知）CRL本讲稿第三十六页，共五十三页分析依据：补偿前后分析依据：补偿前后 P、U 不变。不变。由相量图可知：由相量图可知：CRL本讲稿第三十七页，共五十三页i

9、uRLCP=40W，U=220V，f=50Hz，cos L=0.5，cos=1并联电容并联电容C=4.5 F并联电容前并联电容前I=0.36A并联电容后并联电容后I=0.18A本讲稿第三十八页，共五十三页呈电容性。呈电容性。呈电感性呈电感性问题与讨论问题与讨论 功率因数补偿到什么程度功率因数补偿到什么程度？理论上可以补偿成以？理论上可以补偿成以下三种情况下三种情况:功率因素补偿问题功率因素补偿问题呈电阻性呈电阻性本讲稿第三十九页，共五十三页结论：结论：在在 角相同的情况下，补偿成容性要求使用的电容角相同的情况下，补偿成容性要求使用的电容容量更大，经济上不合算，容量更大，经济上不合算，所以一般工

10、作在欠补偿状态所以一般工作在欠补偿状态,提高提高到到 0.9 左右。左右。感性（感性（较小）较小）容性（容性（较大）较大）C 较大较大功率因数补偿成感性好，还是容性好？功率因数补偿成感性好，还是容性好？一般情况下很难做到完全补偿一般情况下很难做到完全补偿（即：（即：）过过补补偿偿欠欠补补偿偿 本讲稿第四十页，共五十三页已知：已知：f=50Hz,U=380V,P=20kW,cos 1=0.6(滞后滞后)。要使功率因。要使功率因数提高到数提高到0.9,求并联电容求并联电容C。例例.P=20kW cos 1=0.6+_解解：C得：得：得：得：1 2本讲稿第四十一页，共五十三页比较并联电容前后电源输出

11、功率的情况：比较并联电容前后电源输出功率的情况：并电容前：并电容前：f=50Hz,U=380V,P=20kW,cos 1=0.6(滞后滞后)，cos 2=0.9。本讲稿第四十二页，共五十三页并电容后：并电容后：1 2本讲稿第四十三页，共五十三页练习练习 有一电感性负载，其功率有一电感性负载，其功率P=10kW,功率因数为功率因数为0.6,接在电压接在电压U=220V的电源上，电源频率为的电源上，电源频率为50Hz。（。（1）如要将功率因数提高到）如要将功率因数提高到0.95，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，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。（路电流。

12、（2）如要将功率因数从）如要将功率因数从0.95再提高到再提高到1，试问并联电容器的，试问并联电容器的电容值还需增加多少。电容值还需增加多少。解解：由相量图可得：由相量图可得：本讲稿第四十四页，共五十三页又因：又因：所以：所以：由此得：由此得：本讲稿第四十五页，共五十三页并联电容前线路的电流为：并联电容前线路的电流为：并联电容后线路的电流为：并联电容后线路的电流为：（2 2）如要将功率因数由）如要将功率因数由0.950.95再提高到再提高到1 1，则要增加的电，则要增加的电容值为：容值为：由此可见，功率因数已经接近于由此可见，功率因数已经接近于1 1时再继续提高，则所时再继续提高，则所需的电容

13、值是很大的，因此一般不必提高到需的电容值是很大的，因此一般不必提高到1 1。本讲稿第四十六页，共五十三页3.3.4 3.3.4 共轭匹配（最大功率传输定理）共轭匹配（最大功率传输定理）如图电路，网络一定，负载ZL=RLjXL，RL、XL可变，求负载获得最大功率的条件。ZLNSab 网络NS可用相应的戴维南电路来等效。其中Zeq=ReqjXeq本讲稿第四十七页，共五十三页显然，当XL=Xeq时，分母为最小。此时 同电阻电路，令 当 RL Req时，PL达到最大值且 本讲稿第四十八页，共五十三页 求出求出负载负载左端左端电电路的戴路的戴维维宁等效宁等效电电路。路。解：解：本讲稿第四十九页，共五十三

14、页解：解：1.画出相应的相量画出相应的相量模型如图模型如图(b)例如图电路ttuS5cos92)(=V 若LLLjXRZ+=可变，求?=LZ?max=LP uS2u1u1abZL本讲稿第五十页，共五十三页1)求OCU编写网孔方程：93)36(21=+-IjIj1212)33(3UIjIj=-+121)(3UIIj=-可得：53)23(31jI+=53)27(92jI-=-=-=1671.3)27(532732jIUOC本讲稿第五十一页，共五十三页2)求eqZ 加压求流法的相量模型如图 有 11132UUUU=+=UU311=43121IIIIII+=+=63311UjUU+-+=本讲稿第五十二页，共五十三页 UjI18127+=即-=-=+=1647.2533612612718jjIUZeq W 故当 =+=1647.25336126*jZZeqL W 时 446.153126471.3422max=eqOCLRUP W 本讲稿第五十三页，共五十三页