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二、也来谈谈什么是无功?
什么是无功,一个书本上应该写得明明白白的概念,但总有多人提出这个疑问,而回答的也各式各样,概念非常混乱,甚至很多书上也给出了误导的解悉。下面谈谈个人的体会。
1、什么是无功?
这里有个误区,我们所说的无功实际是无功功率的口语说法。这个概念很多人都知到,但也迷惑了很多人,从而产生了很多无功就是无用的功的说法,令人越想越不明白。因此我们首先建立无功是指无功功率。
2、那到底无功功率是什么?
先看看标准上给出的定义:无功功率Q=S*sinθ,其中S为视在功率,θ是电流与电压的相位差;或者Q=√S∧2-P∧2(真的不知如何打公式,不过相信大家看得明白),P为有功功率。如果三角函数还没全忘记的朋友应明白S、P、Q的关系就是三角函数中两条直角边与斜边的关系了,放坐标系中P在x轴,Q在y轴,S就他俩合成的斜边,θ就是S与P的夹角。要想明白无功补偿的原理,脑里一定要想象出这个坐标系,也就是当三个元素分别变化时图形是如何变化的。
3、那到底无功功率的物理意义是什么?
上面所谈的只是无功功率的数学定义。要说清楚他的物理意义,先要从什么是做功开始。从能量守恒原理可知,电路中所做的功实际是指负荷把电能转化为其他的能量。如把电能转化为热能、光能、机械能、化学能等,产生这些作用的元件我们称为电阻元件。电能通过这类元件,能量就传到电路系统外面了,习惯上称为元件吸收能量,而元件吸收能量的快慢就用功率这个概念,这种电阻元件所产生的功率就是我们所说的有功功率(电能让他们转走了,确实有做功)。但另外有一些元件,如电抗器,电容器,他们在电路中也转换电能,但只在一个频率周期的一半时间转走电能,而另外一半时间又把电能转回来。电抗器在一个频率周期中两次把电能转化为磁能,而在同一周期内又两次把磁能转回电能。电容器也类似,一个频率周期中两次把电能转化为静电能(电能的储存),而在同一周期内又两次把静电能转回电能(电能的释放)。这类元件不断地从电路中吸收能量,但又把能量放回来,因此在一个频率周期上看,电路系统中的能量没有被转走,没有做功,如果作数学推导,确实可以得到P=0(具体推导请参考教材)。但是这种能量的交换虽然对于元件本身没有做功,但他对电路的其他元件是有影响的,特别是当这个交换的速度变得很大时,作用更明显,为了考察这种现象,科学家强行给出了无功功率这个名称,他就是指上述元件的能量交换速率(有功功率是能量转换)。在数学意议上实际是把功率的负半周期强加上了绝对号。最后还要说说的是视在功率S,其实视在功率也不是真正的意义上的功率,与无功功率一样,是科学家为考察电路现象而定义的一个概念,即元件端电压的方均根值与流过电流的方均根值的乘积(实际就是电流表上的电流读数与电压表上电压读数的乘积)。
小结:
无功功率是元件在电路中能量交换的速度,而有功功率是元件在电路中能量转换的速度,而视在功率是无功功率与有功功率的三角合成。三者的数理关系表现为Q=Q=√S∧2-P∧2。
注:上述分析是以正弦交流电路为基础,没有特别说明的元件均指理想元件。
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