正弦稳态电路的功率要点
正弦交流电路的功率因素
3. 感性负载提高功率因数的原理可用图说明。
并联电容
分析:
I
IC
+
R
IL
U
C
_L
1 2 I
U
IC
IL
再从功率这个角度来看 :
则电容电压为 ： uc (t)
2I
c
X
c
sin(t
2
)V
其瞬时功率为：
2U C
sin(t
2
)V
pc
(t
)
uc
(t
)ic
(t
)
2U
c
I
c
s
in(t
2
)
sin
t
Uc Ic sin 2t
uc (t)、Ic(t)、pc(t)的波形如图6-12所示。
uiCC
图 6-12 电容元件的瞬时功率
换。
电感消耗的平均功率为：
pL
1 T
T 0
pL
(t)dt
1 T
T
0 U L I L sin 2tdt 0
电感消耗的平均功率为零，说明电感元件 不消耗功率，只是与外界交换能量。
3．电容元件的功率 在电压、电流为关联参考方向下，设流过电 容元件的电流为:
ic (t) 2Ic sintA
S=UI
4、功率因素
式中 cosZ 称为二端电路的功率因素，功率因素
的值取决于电压与电流之间的相位差 Z ， Z 也
正弦稳态电路的分析功率因数
发电与供电设备 的容量要求功率 因素较大
A
供电局一般要求用户的 COS 0.85 ，
否则受处罚。
126
常用电路的功率因数
纯电阻电路
★
COS 1
( 0)
纯电感电路或 纯电容电路
COS 0 ( 90)
R-L-C串联电路
0 COS 1
(90 90)
电动机 空载 满载
COS 0.2 ~ 0.3
COS 0.7 ~ 0.9
日光灯 （R-L-C串联电路）
COS 0.5 ~ 0.6 127
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 载上的电压和负载的有功功率不变。
提高功率因数的措施:
+
并联电容
U
_
I
R +_UR IRL +
j L UL _
IC
1
j C
128
并联电容值的计算
设原电路的功率因数为 cos L，要求补偿到
cos 须并联多大电容？（设 U、P 为已知）
I
+
R +_UR
U
IRL +
j L UL _
_
IC
1
j C
IC
U
L
I
IRL
129
分析依据：补偿前后 P、U 不变。
由相量图可知：
IC I RL sin L I sin
IC
P UI RL cosL
P UI cos
并联前 并联后
U
L
I
IC
IC U XC U C
UC P U cos L
sin L
华科电工技术第6章 正弦稳态电路分析 (2)
压、电流存在相位差。
cos 1，纯电阻
0，纯电抗
一般地，有 0cos1
X>0, >0，感性， 滞后功率因数 X<0, <0，容性， 超前功率因数
例： cos =0.5 (滞后)， 则 =60o (电流滞后电压60o)。
u
C 对电容，i 超前 u 90°，QC<0，故电容发出无功
-
功率。
第6章 正弦稳态电路分析
七、正弦稳态电路中的功率
电感、电容的无功补偿作用
iR
L
+
+ uL - +
u -
C
uC -
O
pL pC
i uC
uL t
当L发出功率时，C刚好吸收功率，则与外电路交换功率 为pL+pC。因此，L、C的无功具有互相补偿的作用。
30 12
30(Ω)
|Z| U / I 50(Ω) |Z| R2 (L)2
L 1
| Z |2 R2
1 314
502 302 0.127(H)
第6章 正弦稳态电路分析
七、正弦稳态电路中的功率 3.无功功率 (reactive power) Q
p(t) UI[cos φ cos(2t φ)] UI cos φ(1 cos 2t) UI sin sin 2t
第6章 正弦稳态电路分析
例：如图电路中，已知 is 5 2 sin 2（t A ），求电源提供的P、
Q，并计算电源的视在功率S和功率因素cos 。
2
解法一： 采用定义计算；
·IS
正弦电路的无功功率及视在功率精
平均功率为
P = UI cos±90o）= 0
表明：
正弦稳态中，储能元件电感或电容的平均功率等于 零，不消耗能量，但和电源之间存在能量的交换作用， 即在前半个周期吸收电源的功率并储存起来，后半个 周期又将其全部释放，这种能量交换的速率用另外一 种功率——无功功率来描述。
2、功率因数是正弦电路中一个非常重要的物理量。 其大小表征了电气设备功率的利用率。提高负载的功 率因数是电气工程领域一个非常重要的课题。
本讲作业
1、复习本讲内容； 2、预习下一讲内容——三相电路；
3、书面作业：习题9-2，9-5，9-6。
问题：怎样提高电路的功率因数？
方法： 用电容器与感性负载并联，这样可使电感的磁场 能量与电容的电场能量进行部分交换，从而减少了 电源与负载间能量的交换，即减少了电源提供给负 载的无功功率，也就提高了功率因数。
【例18-2】
下图（a）所示电路表示电压源向一个电感性负载供电的电 路模型，试用并联电容的方法来提高负载的功率因数。
Y G j B 1 3 j4 (0 12 j0 16)S 3 j4 32 42
从上式可见，所并联的电容的复导纳应该为YC = jwC = + j0.16 S，才能使二端网络呈现为纯电阻， 这时电路的导纳等于纯电导，即Y = G = 0.12 S。也 就是说，在端口并联电容值为C = （0.16/w）的电 容后，可以使功率因数提高到1，即效率达到100%。
S S~ UI
功率三角形： 下图所示为RLC串联电路的功率三角形：
邱关源—电路—教学大纲—第九章-2
g g g
g
g
I1 cos ϕ1 I sin ϕ
g
I 1 的有功分量 I cos ϕ = I1 cos ϕ1 I 的有功分量
g
g
I 的无功分量
IC
ϕ ϕ1
IC I IC
g g
U
I 1 的无功分量
给定 P 1 、 cos ϕ1 ，要求将 cos ϕ1 提高 cos ϕ ，求 C＝？
: g ∗ g g g ∗ g
则 S = U I = U ∠ψ u ⋅ I ∠ − ψ i = UI ∠(ψ u − ψ i ) = S ∠ϕ Z
= S ⋅ cos ϕ Z + jS ⋅ sin ϕ Z = P + jQ (VA) S = U I = Z I I = ZI 2 = ( R + jX ) I 2 ∴ P = RI 2 = Re [ Z ] ⋅ I 2 Q = XI 2 = Im [ Z ] ⋅ I 2 S = U I = U (U Y ) = Y U U = (G − jB)U 2 P = GU 2 , Q = − BU 2
2. QR = 0, QL = UI , QC = −UI
0o < ϕ < 90o Q > 0 −90o < ϕ < 0o Q < 0
四．视在功率
吸收无功功率 发出无功功率
S @ UI ，反映电源设备的容量（可能输出的最大平均功率） ，量纲：伏安（VA） 。
P、Q 和 S 之间满足下列关系 即有
S 2＝P 2+Q 2
g
I1 sin ϕ1
I1
第九章 正弦稳态电路的分析
1 1 Y = = −53.13°S = (0.024 − j0.032)S (感 ) 性 eq Zeq 25
9-2
电路的相量图
分析阻抗（导纳） 分析阻抗（导纳）串、并联电路时，可以利用相关的 并联电路时， 电压和电流相量在复平面上组成的电路的相量图。 电压和电流相量在复平面上组成的电路的相量图。 1. 并联电路相量图的画法 并联电路相量图的画法 ① 参考电路并联部分的电压相量。 参考电路并联部分的电压相量。 根据支路的VCR确定各并联支路的电流相量与电压相 ② 根据支路的 确定各并联支路的电流相量与电压相 量之间的夹角。 量之间的夹角。 根据结点上的KCL方程，用相量平移求和法则，画出结点 方程， ③ 根据结点上的 方程 用相量平移求和法则， 上各支路电流相量组成的多边形。 上各支路电流相量组成的多边形。
R = G2GB2 , +
−B X = G2+B2
1 | Y |= , φZ = −φY |Z|
已知：R=15Ω, L=12mH, C=5µF, u =100 2cos(5000t) 例9-1 已知 试求:(1)电路中的电流 i, （瞬时表达式）和各元件的 电路中的电流 瞬时表达式） 试求 电压相量； 电路的等效导纳和并联等效电路 电路的等效导纳和并联等效电路。 电压相量；(2)电路的等效导纳和并联等效电路。 jω L R L R • + • - + UL + + uR - + uL - + + + uS C
第二种分解方法
第一种分解方法： p(t) =UI[cosϕ + cos(2ωt −ϕ)] 第一种分解方法： p UIcosϕ 恒定分量 恒定分量 u i
O
正弦稳态电路的功率公式
正弦稳态电路的功率公式——深入浅出理解正弦稳态电路是电路理论中的基本概念，其功率公式是电学中的热门话题。
本文将深入浅出地介绍正弦稳态电路的功率公式，帮助读者系统地理解和掌握这一重要理论。
首先要明确的是，正弦稳态电路的功率公式是指在周期性交流电源作用下，电路中所传递的功率。
正弦稳态电路中，电流和电压均为正弦波形，其功率公式可以表示为：P=VIcosφ其中，P表示电路的有功功率，V和I分别表示电路中的电压和电流，φ表示电路中电流和电压之间的相位角。
我们可以通过下面的图例来进一步理解这个公式：在图例中，V是电路中的电压，I是电路中的电流，它们的波形均为正弦函数。
在时间t=0时，电流I的相位角为0，电压V的相位角为θ，因此φ的值等于θ。
通过对P=VIcosφ公式的应用，我们可以计算出电路中的有功功率P。
下面举个例子来说明如何求解正弦稳态电路中的功率。
假设我们有一个电路，电压源为220V，电阻为10Ω，交流频率为50Hz，我们需要求解该电路的功率。
首先，我们需要计算电路中的电流，通过欧姆定律可知电流I=V/R，因此I=22A。
接下来，我们需要求解相位角φ。
由于电路中只有电阻，电流和电压之间没有相位差，因此φ=0。
因此，根据功率公式，我们可以计算得到电路中的有功功率P=VIcosφ=22*220*1=4840W。
总之，正弦稳态电路的功率公式是电学中的基本概念，是电路分析和设计中必须掌握的知识点。
本文通过生动的示意图和实例应用，帮助读者深入浅出地理解和掌握正弦稳态电路的功率公式。
无论你是电学专业的学生，还是从事电路设计和调试等工作的工程师，掌握这一知识点都是非常重要的。
正弦稳态电路的功率
3、视在功率
S UI
表示一个电气设备的容量，是单口网 络所吸收平均功率的最大值，单位： 伏安(VA)。例如我们说某个发电机的 容量为100kVA，而不说其容量为 100kW
4、功率因数
网络吸收的平均功率P与cosZ的大小
密切相关，cosZ表示功率的利用程度
解：电路的相量模型如图(b)所示。先 求出连接电压源单口网络的等效阻抗
Z 0.5 j1.5 (j1)(j1 1 j1) 0.5 j1.5 0.5 j0.5 1 j1 1 j1
用欧姆定律求电流 分流公式求电流
I1
U S Z
20 1 j1
2 45 A
I2
j1 1 j1
I1
，称为功率因数
pf
cos Z
P S
Z=u-i为功率因数角。当二端网络
为无源元件R、L、C组成时：
|Z|<90 ,0< pf <1。
Z<0
,电路呈容性，电流导前电压； Z>0
,电路感呈性，电流滞后电压。
为了提高电能的利用效率，电力部门 采用各种措施力求提高功率因数。例 如使用镇流器的日光灯电路，它等效 于一个电阻和电感的串联，其功率因 数小于1，它要求线路提供更大的电流。 为了提高日光灯电路的功率因数，一 个常用的办法是在它的输入端并联一 个适当数值的电容来抵销电感分量， 使其端口特性接近一个纯电阻以便使 功率因数接近于1。
得最大功率，试设计一个由电抗元件组 成的网络来满足共轭匹配条件。
100 a
+
100∠0o V
-
b
RL=
1000
解：1 若不用匹配网络，将1000Ω负载
正弦稳态电路的功率公式
正弦稳态电路的功率公式在电路中，功率是电能转换的重要指标之一。
而对于正弦稳态电路，我们可以通过一条简单而有效的公式来计算其功率。
本文将详细介绍正弦稳态电路的功率公式，并解释其背后的原理和应用。
一、正弦稳态电路的功率公式正弦稳态电路是指电路中的电流和电压都是正弦波形式，并且其频率保持不变。
在这种情况下，我们可以使用以下功率公式来计算电路中的功率：P = Vrms * Irms * cos(θ)其中，P表示电路的功率，Vrms表示电压的有效值，Irms表示电流的有效值，θ表示电压和电流之间的相位差。
二、功率公式的原理解释为了更好地理解功率公式的原理，我们可以从电能转换的角度来解释。
在正弦稳态电路中，电流和电压都是周期性变化的，而功率则是电能转化的速率。
根据能量守恒定律，电路中产生的功率等于电能的消耗速率。
在公式中，Vrms和Irms分别表示电压和电流的有效值。
有效值是指在一个周期内，电压和电流的平方值的平均值的平方根。
有效值可以反映电压和电流的实际大小，而不受正弦波形式的影响。
而c os(θ)则表示电压和电流之间的相位差。
相位差是指电压和电流的波形之间的时间差，它可以是正值、负值或零值。
当相位差为零时，电压和电流完全同相，功率取得最大值。
当相位差为正值或负值时，电压和电流存在一定的错位，功率将减小。
因此，正弦稳态电路的功率公式可以通过电压和电流的有效值以及它们之间的相位差来计算电路的功率。
三、功率公式的应用功率公式在电路分析和设计中有着广泛的应用。
它可以帮助我们计算电路中的功率消耗，并进一步优化电路的设计。
功率公式可以用于计算电路中不同元件的功率消耗。
例如，我们可以通过测量电压和电流的有效值，并计算它们之间的相位差，来确定电阻、电容或电感元件的功率消耗。
功率公式可以用于分析电路中的功率传递和传输效率。
通过计算电路中不同节点的功率，我们可以了解能量在电路中的分布情况，找出能量损失的原因，并进一步改进电路的效率。
正弦稳态电路分析和功率计算要点
其中： R — 电阻分量( )； X — 电抗分量()
1 — 容抗 XL = L — 感抗； X C C
U U (3) Z u i I I
Z R X
2
2
= R + jX = |Z| Z
第 九 章
正弦稳态电路的分析
9-1Байду номын сангаас
阻抗和导纳
一、阻抗 1. 元件的阻抗 元件在正弦稳态下，电压相量与电流相量（关联
U 参考方向）之比为元件的阻抗，记为 Z。即 Z 。 I
单位：欧姆（）. 电阻
IR
电感 R
U R I L jL U L
电容
IC
1 j C
1 记为 Y。 即 Y I 。单位：西门子（S）. Z U Y I YU I
元件
U
—— 欧姆定律的相量形式
一端口
+ U
I
N0
1 I U Y Z Z U I —— 输入阻抗 (导纳)
N 只含阻抗与受控源
3. 分析
I YU
称阻抗 Z 呈容性；
iii) X = 0 , Z = 0 , u – i = 0 , 电压与电流同相，
称阻抗 Z 呈阻性；
(5) 阻抗三角形
Z R X
2 2
|Z|
|Z|
|X| R
例 已知 R = 15 , L = 10mH , C = 100µ F , 求 uS(t)分别 为 120 2 cos 500 t V与 120 2 cos 3000 t V 时的稳态电 流 i(t)，并画出相量图。
第09章正弦稳态电路的分析-2功率计算(丘关源)
cos
I
希望将cos 提高
2、提高线路功率因数的原则 必须保证原负载的工作状态不变。即： 负载上的电压、电流、功率、功率因数……不变。
3、提高线路功率因数的方法
并电容
. I . U
R. IRL
L
. IC
C
并联电容提高线路功率因数的原理
. I . U
R. IRL
L
. IC
C
IC
U
I 2
1
IRL
并联电容C以前：I IRL，U、I的夹角为 1
(P jQ) S 0
或：S总 S1 S2
注意：复功率守恒,不等于视在功率守恒。即∑S≠0 比如串联电路∵U≠U1＋U2 ＋……
∴S≠S1＋S2 ＋……
§9.6 交流电路中的最大功率传输
一、负载获得的有功功率？
I
有源 + 线性 U ZL 网络 -
用戴维南 定理等效
Zi +
US
-
I + U ZL -
设：Zi＝Ri + jXi ， ZL＝ RL + jXL
I US Zi ZL
US us (R i RL )2 ( X i XL )2 iL
I I
负载获有功功率： P RLI 2
( Ri
RL
RLU
2 S
)2 (Xi
XL
)2
P
(R i
RLU
2 S
RL )2 ( X
i
XL )2
二、最大功率传输的条件(什么情况下负载获P max?)
P
pdt
T0
1
T
T 0
[UI
cos
( u
正弦稳态电路的功率及功率因数的提高
contents
目录
• 引言 • 正弦稳态电路的功率 • 功率因数对电力系统的影响 • 提高正弦稳态电路功率因数的方法 • 实际应用与案例分析 • 结论与展望
01 引言
主题简介
正弦稳态电路
在交流电作用下，电路中的电压 和电流都保持正弦波形的稳态。
功率因数
衡量电气设备利用功率效率的指 标，定义为有功功率与视在功率 的比值。
研究目的和意义
提高电力利用率
01
通过提高功率因数，减少无功功率的消耗，从而提高电力利用
率，降低能源浪费。
改善电网质量
02
功率因数的提高有助于改善电网的电压质量，减少谐波干扰，
提高供电稳定性。
降低能耗和节约成本
03
企业或工厂在电力方面的成本降低，有助于节约运营成本，提
高经济效益。
02 正弦稳态电路的功率
并联电容补偿的优点是能够减小线路的损耗，提高电压质量，但可能会引 起电流增大，需要合理选择电容容量。
同步电机和感应电动机的补偿
同步电机和感应电动机在运行过程中会产生无功功率，通过对其运行状 态进行控制，可以改善功率因数。
对于同步电机，可以通过调应电动机，可以通过控制负载的大小和性质来减小无功功率。
03
加强与实际应用的结合，将研究成果应用于实际电力系统，以提高电 力系统的运行效率和稳定性。
04
深入研究正弦稳态电路的谐波抑制和节能技术，为实现绿色、智能的 电力系统提供技术支持。
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感谢您的观看
功率因数提高的意义
提高功率因数可以减少线路损耗、改善电压质量、提高设备利用率 等。
功率因数提高的方法
正弦稳态电路的功率
第五节正弦稳态电路的功率设N0为任意线性无源网络（u、i取关联参考方向）。
在正弦稳态情况下，设：<ShowPositionControls="0"ShowControls="1"invokeURLs="-1"volume="50"AutoStart="0"ShowStatusBar="1">一、瞬时功率恒定分量:有功功率P瞬时分量:正弦量，角频率：2ω1.恒定量：不可逆部分，始终大于或等于零。
相当于无源网络电阻元件消耗的功率。
2.正弦量：可逆部分。
其频率是电压或电流频率的两倍，其值正负交替，这说明能量在外施电源与一端口之间来回交换。
相当于无源网络电抗吸收的瞬时功率。
瞬时功率实用意义不大，不便于测量。
一端口电路N0的功率关系设i领先u，（电容性电路）（1）p有时为正，有时为负；（2）p>0，一端口吸收功率；p<0，一端口发出功率。
下一页二、平均功率P单位：W（瓦）平均功率又称有功功率：为瞬时功率在一个周期内的平均值。
有功功率代表一端口电阻实际消耗的功率，是瞬时功率的恒定分量。
它不仅与电压和电流的有效值的乘积有关，而且与它们之间的相位差有关。
这是交流电路和直流电路的区别，其原因在于储能元件在交流电路中产生了阻抗角。
<ShowPositionControls="0"ShowControls="1"invokeURLs="-1"volume="50"AutoStart="0"ShowStatusBar="1">功率因数：用λ表示，其定义为λ=cosφz。
功率因数角：φZ=φu-φi。
对无源网络为其等效阻抗的阻抗角。
有功功率1，纯电阻0，纯电抗一般地，有0≤|cosφ|≤1。
正弦稳态电路的功率2
无功功率是交流电动机和变压器运行的必要条件
四.视在功率
视在功率一般不守恒
S UI 单位： V A
又叫容量，表示电源有可能提供的最大有功功率
有功功率： P UI cos 单位： W 无功功率： Q UI sin 单位： var
视在功率： S P2 Q2 单位：V A
Z
I
X
U
U X
I
S
Q
iR 2IR sin ω t
pR
+
+
u
iR
oo
t
pR uiR 2U sint 2IR sin ωt
UIR[1 cos(2t)]
2sin2 1 cos 2
pR 0
电阻总是吸收功率
2.电感的瞬时功率
i
+
U
u -
L L IL
u 2U sinωt
iL 2I L sin (t 90o )
cos P P
S P2 Q2
提高cos 的意义：
（1）提高电源的利用率 （2）减小线路的功率损耗
提高功率因数的方法 P cos
S
S1 S
Q1
1
Q
P
Q1
P1
有功功率不变，减小视在功率，需减少无功功率 视在功率不变，增大有功功率, 需减少无功功率
R
U R
P
五. 功率因数
有功功率与视在功率的比值 P cos
I
S
++
U Z
-
Z R jX
U
Z
I
R
0 cos 1
对电源利用 率的衡量 功率因数角
X
X 0 ， 0 ， 感性 ， 滞后的功率因数 X 0 ， 0， 容性 ， 超前的功率因数
正弦稳态电路的功率
cos =0.7, P=0.7S=52.5kW
设备容量 S (额定)向负载送多少有功功率要 由负载的阻抗角决定。
一般用户： 异步电机 空载 cos =0.2~0.3
满载 cos =0.7~0.85
荧光灯
cos =0.45~0.6
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② 当输出相同的有功功率时，线路上电流大，
6. 任意阻抗的功率计算
+i
PZ =UIcos =I2|Z|cos =I2R
u -
Z QZ =UIsin =I2|Z|sin =I2X
＝I2(XL＋XC)=QL＋QC
QL I 2 X L 0 吸收无功功率为正
QC I 2 XC 0 吸收无功功率为负 (发出无功)
S P2 Q2 I 2 R2 X 2 I 2 Z
I=P/(Ucos)，线路压降损耗大。
+i
u
Z
-
1 2 I
U
P UI cos I U cos I
解决办法： （1）高压传输。 （2）改进自身设备。 （3）并联电容，提高功率因数。
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分析
I
+
R IL IC
U
_
L
C
特点：
1 2 I
U
IL IC
并联电容后，原负载的电压和电流不变， 吸收的有功功率和无功功率不变，即：负载的 工作状态不变。但电路的功率因数提高了。
-
QR =UIsin =UIsin0 =0
i
+ u
L PL=UIcos =UIcos90 =0
-
QL =UIsin =UIsin90 =UI=I2XL
i
+
PC=UIcos =UIcos(-90)=0
正弦稳态电路的功率公式
正弦稳态电路的功率公式1.有功功率：有功功率表示电路中能转化为其他形式的功率，通常是用于实现有用功能的功率。
在正弦稳态电路中，有功功率可以通过电压和电流的乘积来计算。
对于单相电路，有功功率的公式如下：P = V × I × cos(θ)其中，P表示有功功率，V表示电流的有效值，I表示电压的有效值，θ表示电压和电流之间的相位差。
在三相电路中，有功功率的公式如下：P = √3 × V × I × cos(θ)其中，P表示有功功率，V表示电压的有效值，I表示电流的有效值，θ表示电压和电流之间的相位差。
2.无功功率：无功功率表示电路中产生的电能不能被转化为其他形式的功率，它主要是用来提供电路元件的无效功率。
在正弦稳态电路中，无功功率可以通过电压和电流的乘积来计算。
对于单相电路，无功功率的公式如下：Q = V × I × sin(θ)其中，Q表示无功功率，V表示电流的有效值，I表示电压的有效值，θ表示电压和电流之间的相位差。
在三相电路中，无功功率的公式如下：Q = √3 × V × I × sin(θ)其中，Q表示无功功率，V表示电压的有效值，I表示电流的有效值，θ表示电压和电流之间的相位差。
3.视在功率：视在功率表示电路中的总功率，它等于有功功率和无功功率的向量和。
在正弦稳态电路中，视在功率可以通过电压和电流的乘积来计算。
对于单相电路，视在功率的公式如下：S=V×I其中，S表示视在功率，V表示电流的有效值，I表示电压的有效值。
在三相电路中，视在功率的公式如下：S=√3×V×I其中，S表示视在功率，V表示电压的有效值，I表示电流的有效值。
4.功率因数：功率因数表示有功功率和视在功率之间的比率，它反映了电路中有效功率的利用率。
功率因数通常用cos(θ)表示，在正弦稳态电路中，功率因数可以通过有功功率和视在功率的比值来计算。
电路基础电子教案第七章正弦稳态的功率 三相电路
之间变化，功率因数cos在0到1之间变化。
此时瞬时功率p(t)随时间作周期性变化，所吸收的平均 功率为
P UI cos I 2 Re(Z ) U 2 Re(Y )
(7 6)
式中的Re(Z)是单口网络等效阻抗的电阻分量，它消耗 的平均功率，就是单口网络吸收的平均功率。
与此相似，式中的Re(Y)是单口网络等效导纳的电导分
i=90, cos=0，式(7－2)变为
pL ( t ) UI cos(2t 2 u 90 ) UI sin( 2t 2 u ) pC ( t ) UI cos(2t 2 u 90 ) UI sin( 2t 2 u 180 )
值得注意的是在用UIcos计算单口网络吸收的平均功 率时，一定要采用电压电流的关联参考方向，否则会影响 相位差的数值，从而影响到功率因数cos以及平均功率 的正负。
二、功率因数
从式(7－3)可见，在单口网络电压电流有效值的乘积 UI一定的情况下，单口网络吸收的平均功率P与cos的大 小密切相关，cos表示功率的利用程度，称为功率因数，
2 cos x cos y cos( x y ) cos( x y )
p(t ) UI cos UI cos(2t 2 u )
其中=u-i是电压与电流的相位差,瞬时功率的波形 如图所示。
周期性变化的瞬时功率在一个周期内的平均值，称为 平均功率，用P表示，其定义是
量，它消耗的平均功率，就是单口网络吸收的平均功率。
当单口网络中包含有独立电源和受控源时，计算平均 功率的式(7－3)仍然适用，但此时的电压与电流的相位差 可能在 +90 到 +270 之间变化，功率因数 cos 在 0 到 -1 之间 变化，导致平均功率为负值，这意味着单口网络向外提供
第6章(3)正弦稳态电路的功率
单位：瓦 (6.5-3)
在正弦稳态情况下，平均功率不仅与电压、电流的有 效值有关，而且与电压、电流的位相差有关。 式中 λ = cos ϕ 称为功率因数(power factor) ϕ = ϕu − ϕi 称功率因数角(power-factor angle) 通常所说的功率，都是指平均功率而言。平均功 率又叫有功功率(active power)。
Q = UI sin ϕ = UI sin ϕ Z
(6.5-27)
②Reactive Power in Terms of Z or Y : 对于不含 独立源的一端口，无功功率也可以 用阻抗或导纳计算。根据式(6.5-6)和(6.5-18)， (6.5-18)，即 2 * * (6.5-28a) Q = Im(UI ) = Im( ZII ) = I Im( Z ) = I 2 X (ω )
p (t ) = UI cos ϕ + UI cos(2ωt + 2ϕu − ϕ ) = UI cos ϕ + UI cos ϕ cos(2ωt + 2ϕu ) + UI sin ϕ sin(2ωt + 2ϕu )
(6.5-2) 上式中第一项始终大于(或小于、或等于零)，它是 瞬时功率中的不可逆部分；第二项是瞬时功率中的 可逆部分，其值正负交替，说明能量在外施电源和 二端网络之间来回交换。
第六章 正弦电路的稳态分析
注： i) 如果一端口只由R、L、C等无源元件组成，则功率 因数角φ＝阻抗角φZ，且|φZ|≤900，所以平均功率P≥0， 一端口吸收能量。根据能量守恒可知，P为一端口中电阻 元件所消耗的总功率（∵L、C元件不耗能）。 ii) 如果一端口除无源元件外尚有受控源(亦有功率因 数角φ＝阻抗角φZ)， |φZ|可能＞900。其平均功率P为负 值，说明该一端口对外提供能量。 iii) 如果一端口内含有独立电源，则功率因数角φ为 端口电压与端口电流的位相差。P可能为正，也可能为负 值。即一端口可能吸收能量，也可能对外提供能量。
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2
)
是频率为2的正弦量，在一段时间内 p(t)>0，电感或电容吸收功率获得能量 ；另外一段时间内p(t)<0，电感或电容 发出功率释放出它所获得的全部能量。
显然，平均功率为
P0
可见，电感和电容不消耗能量，它们是 无源元件。但要注意，它们的瞬时功率 并不为零。或者说，电感和电容需要电 源(外电路)供给一定的瞬时功率以满足 能量不断的往返交换。
2 2
I U P P G R
2
2
电阻分量消耗的平均功率，就是单口 网络吸收的平均功率。
3、视在功率
S UI
表示一个电气设备的容量，是单口网 络所吸收平均功率的最大值，单位： 伏安(VA)。例如我们说某个发电机的 容量为100kVA，而不说其容量为 100kW
4、功率因数 网络吸收的平均功率P与cosZ的大小密 切相关，cosZ表示功率的利用程度， 称为功率因数 P
pL (t ) UI cos( 2 t 2 u 90 ) pC (t ) UI cos( 2 t 2 u 90 )
若假设电压初相为零，得
pC ( t ) U m cos t I m cos( t U m cos t ( I m sin t )
7-6 正弦稳态电路的功率
本节讨论正弦稳态单口网络的瞬时
功率、平均功率(有功功率)、无功功 率、视在功率、复功率和功率因数。
正弦稳态单口网络向可变负载传输最
大功率的问题。
7-6-1 二端网络的功率
1、瞬时功率
端口电压和电流采用关联参 考方向，它吸收的功率为
p(t ) u(t )i (t )
正弦稳态时 ，端口电压和电流是相同 频率的正弦量，即 u(t ) U m cos( t u ) 2U cos( t u )
上式第二项的最大值为二端网络的无功 功率 Q 。即
Q UI sin Z
可验证L和C时的特殊情况。
无功功率反映电源(或外电路)和单 口网络内储能元件之间的能量交换 情况，单位为乏(var)(无功伏安： volt amper reactive) 与功率计算类似:
Q UI sin Z I X U B
定义：无功功率
把瞬时功率的振幅(最大值)定义为 电感和电容的无功功率，以表明电感和 电容与外电路电流和电压不断往返的程 度。即
Q L UI QC UI
3、任意二端网络的情况
P U I cos Z
设二端网络
Z R j XY G j B P UI cos Z I R U G
Z=u-i是电压与电流的相位差。瞬时功 率由一个恒定分量和一个频率为2ω的正
弦分量组成，周期性变化，当p(t)>0时， 该网络吸收功率；当p(t)<0时，该网络发 出功率。瞬时功率的波形如图所示。
UIcosZ
Z
2、平均功率(有功功率)
简称功率:在一个周期内的平均值：
1 T P p(t )dt T 0 1 T [YI cos Z UI cos( 2 t u i )]dt T 0 UI cos Z
2
)
1 U m I m sin 2 t UI sin 2 t 2 p L ( t ) U m cos t I m cos( t U m cos t ( I m sin t ) 1 U m I m sin 2 t UI sin 2 t 2
i (t ) I m cos( t i ) 2 I cos( t i )
瞬时功率为
p(t ) u(t )i (t ) U m cos( t u ) I m cos( t i ) 1 U m I m [cos( u i ) cos( 2 t u i )] 2 UI cos Z UI cos( 2 t 2 u Z )
5、无功功率 p(t ) U I cos Z U I cos(2 t Z )
U I cos Z U I cos Z cos 2 t U I sin Z sin 2 t U I cos Z (1 cos 2 t ) U I sin Z sin 2 t
2 2
I U Q Q B X
2
2
6、复 功 率
为了便于用相量来计算平均功率，引 入复功率。工作于正弦稳态的网络，其 电压电流采用关联的参考方向，设
此时平均功率：
U P UI I R R
2 2
用电压、电流有效值后，计算电阻消耗 的平均功率公式，与直流电路中相同。 若用电流、电压的振幅值，上述公式为
1 1 2 1 Um P Um Im Im R 2 2 2 R
2
2、网络等效阻抗为一个电抗。 此时单口网络电压与电流相位为正交关 系，即Z=u-i =90, (+电感－电容)
pf cos Z
Z=u-i为功率因数角。当二端网络
为无源元件R、L、C组成时：
S
|Z|<90 ,0< pf <1。 Z<0 ,电路呈容性，电流导前电压； Z>0 ,电路感呈性，电流滞后电压。
为了提高电能的利用效率，电力部门 采用各种措施力求提高功率因数。例 如使用镇流器的日光灯电路，它等效 于一个电阻和电感的串联，其功率因 数小于1，它要求线路提供更大的电流。 为了提高日光灯电路的功率因数，一 个常用的办法是在它的输入端并联一 个适当数值的电容来抵销电感分量， 使其端口特性接近一个纯电阻以便使 功率因数接近于1。
平均功率不仅取决于电压电流有效值乘 积VI，还与阻抗角Z=u-I有关。
几种特殊情况。 1、网络等效阻抗为一个电阻。 此时网络电压与电流相位相同，即 Z=u-i=0, cosZ=1，
p(t ) UI UI cos( 2t 2 u )
波 形 如 图 。 p(t) 在 任何时刻均大于或 等于零，电阻始终 吸收功率和消耗能 量。