交流电气负载的功率.ppt

第7章交流电气负载的功率,有功功率复功率三相电路三相负载的功率,1.瞬时功率,第一种分解方法；,第二种分解方法。,第一种分解方法：,p有时为正,有时为负；p0,电路吸收功率；p0,j0,感性，,X0,j0，称电路“吸收”无功功率Q0，称电路“吸收”无功功率电感吸收无功功率，电容发出无功功率。无功功率也称为电抗功率。Q的大小反映网络与外电路交换功率的速率。是由储能元件L、C的性质决定的,无功功率,复功率,平均功率（有功功率）P的单位，W无功功率Q的单位，var（乏）视在功率|S|的单位，VA（伏安）复功率S的单位，VA,复功率,阻抗吸收的复功率,导纳吸收的复功率,功率平衡定理,视在功率不存在上面的关系,复功率,是复数，而不是相量，它不对应任意正弦量；,注意,有功，无功，视在功率的关系：,有功功率:P=UIcos单位：W,无功功率:Q=UIsinj单位：var,视在功率:S=UI单位：VA,功率三角形,5.R、L、C元件的有功功率和无功功率,PR=UIcos=UIcos0=UI=I2R=U2/RQR=UIsin=UIsin0=0,PL=UIcos=UIcos90=0QL=UIsin=UIsin90=UI=I2XL,PC=UIcos=UIcos(-90)=0QC=UIsin=UIsin(-90)=-UI=I2XC,6.任意阻抗的功率计算,PZ=UIcos=I2|Z|cos=I2R,QZ=UIsin=I2|Z|sin=I2XI2(XLXC)=QLQC,(发出无功),电压、电流的有功分量和无功分量：,以感性负载为例,反映电源和负载之间交换能量的速率。,无功的物理意义:,电感、电容的无功补偿作用,L发出功率时，C刚好吸收功率，与外电路交换功率为pL+pC。L、C的无功具有互相补偿的作用。,视在功率,功率因数,感性负载，,，滞后功率因数,容性负载，,，超前功率因数,功率因数是衡量电源利用率的重要指标。功率因数低，则线损大。功率因数取决于负载。提高功率因数的方法。,视在功率和功率因数,7.功率因数的提高,设备容量S(额定)向负载送多少有功要由负载的阻抗角决定。,P=UIcos=Scosj,cosj=1,P=S=75kW,cosj=0.7,P=0.7S=52.5kW,一般用户：异步电机空载cosj=0.20.3满载cosj=0.70.85,日光灯cosj=0.450.6,设备不能充分利用，电流到了额定值，但功率容量还有；,功率因数低带来的问题：,当输出相同的有功功率时，线路上电流大，I=P/(Ucos)，线路压降损耗大。,j1,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。,j2,分析,j1,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。,特点：,并联电容的确定：,已知：f=50Hz,U=220V,P=10kW,cos1=0.6，要使功率因数提高到0.9,求并联电容C，并联前后电路的总电流各为多大？,例4-33,解,未并电容时：,并联电容后：,若要使功率因数从0.9再提高到0.95,试问还应增加多少并联电容，此时电路的总电流是多大？,解,cos提高后，线路上总电流减少，但继续提高cos所需电容很大，增加成本，总电流减小却不明显。因此一般将cos提高到0.9即可。,注意,例：已知,，求总的P和Q。,思考：（1）等效阻抗？（2）功率因数？,例题,已知：电动机PD=1000W，U=220，f=50Hz，C=30FcosD=0.8，求：负载电路的功率因数。,例4-31,解,例：对一个220V、50Hz、2kVA、功率因数为0.5的感性负载，应该并联多大的电容才能把功率因数校正到0.9。,例题,例题,求电路各支路的复功率,例4-34,解1,解2,Zi=Ri+jXi，ZL=RL+jXL,正弦电路中负载获得最大功率Pmax的条件,若ZL=RL+jXL可任意改变,先设RL不变，XL改变,显然，当Xi+XL=0，即XL=-Xi时，P获得最大值。,再讨论RL改变时，P的最大值,讨论,当RL=Ri时，P获得最大值,ZL=Zi*,最佳匹配条件,若ZL=RL+jXL只允许XL改变,获得最大功率的条件是：Xi+XL=0，即XL=-Xi,最大功率为,若ZL=RL为纯电阻,负载获得的功率为：,电路中的电流为：,模匹配,电路如图，求：1.RL=5时其消耗的功率；2.RL=?能获得最大功率，并求最大功率；3.在RL两端并联一电容，问RL和C为多大时能与内阻抗最佳匹配，并求最大功率。,例4-35,解,求ZL=?时能获得最大功率，并求最大功率。,例4-36,解,三相电源和三相电路三相电路的计算三相电路的功率,重点,1.三相电路的基本概念,2.对称三相电路的分析,3.三相电路的功率,三相电路由三相电源、三相负载和三相输电线路三部分组成。,发电方面：比单相电源可提高功率50；,输电方面：比单相输电节省钢材25；,三相电路的优点,三相电路的特殊性,（1）特殊的电源,（2）特殊的负载,（3）特殊的连接,研究三相电路要注意其特殊性。,以上优点使三相电路在动力方面获得了广泛应用，是目前电力系统采用的主要供电方式。,1.对称三相电源的产生,通常由三相同步发电机产生，三相绕组在空间互差120，当转子以均匀角速度转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相电源。,三相同步发电机示意图,三相电源是三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦电源。,瞬时值表达式,波形图,A、B、C三端称为始端，X、Y、Z三端称为末端。,相量表示,对称三相电源的特点,2.三相电源的联接,X,Y,Z接在一起的点称为Y联接对称三相电源的中性点，用N表示。,（1）星形联接(Y联接),（2）三角形联接(联接),三角形联接的对称三相电源没有中性点。,注意,3.三相负载及其联接,(1)星形联接,称三相对称负载,三相电路的负载由三部分组成，其中每一部分称为一相负载，三相负载也有二种联接方式。,(2)三角形联接,称三相对称负载,4.三相电路,三相电路就是由对称三相电源和三相负载联接起来所组成的系统。工程上根据实际需要可以组成：,当电源和负载都对称时，称为对称三相电路。,注意,三相四线制,三相三线制,1.名词介绍,端线(火线)：始端A,B,C三端引出线。,中线：中性点N引出线，连接无中线。,二、线电压(电流)与相电压(电流)的关系,相电压：每相电源的电压。,线电压：端线与端线之间的电压。,线电流：流过端线的电流。,负载的相电压：每相负载上的电压。,负载的线电压：负载端线间的电压。,线电流：流过端线的电流。,相电流：流过每相负载的电流。,Y联接,2.相电压和线电压的关系,利用相量图得到相电压和线电压之间的关系：,线电压对称(大小相等，相位互差120o),一般表示为：,对Y联接的对称三相电源,所谓的“对应”：对应相电压用线电压的第一个下标字母标出。,(1)相电压对称，则线电压也对称,(3)线电压相位领先对应相电压30o。,结论,例：若相电压为220V，则线电压,联接,线电压等于对应的相电压,以上关于线电压和相电压的关系也适用于对称星型负载和三角型负载。,注意,联接电源始端末端要依次相连。,正确接法,错误接法,I=0电源中不会产生环流,I0电源中将会产生环流,2.相电流和线电流的关系,Y联接时，线电流等于相电流。,Y联接,结论,结论,联接的对称电路：,(2)线电流相位滞后对应相电流30o。,联接,三相电源和三相电路三相电路的计算三相电路的功率,第6章三相电路,对称三相电路由于电源对称、负载对称、线路对称，因而可以引入一特殊的计算方法。,1.YY联接(三相三线制）,以N点为参考点，对点列写结点方程：,负载侧相电压：,因N，N两点等电位，可将其短路，且其中电流为零。这样便可将三相电路的计算化为单相电路的计算。,也为对称电压,结论,计算电流：,为对称电流,电源中点与负载中点等电位。有无中线对电路情况没有影响。,对称情况下，各相电压、电流都是对称的，可采用一相（A相）等效电路计算。其它两相的电压、电流可按对称关系直接写出。,结论,Y形联接的对称三相负载，根据相、线电压、电流的关系得：,例6-1,解：,画出一相计算图,不对称三相电路的概念,负载各相电压：,三相负载Za、Zb、Zc不相同。,电源对称，但负载不对称时，中性点间的电压不为零，导致：,负载上相电压不对称,某相负载的变化影响所有相上的电压,三相负载不能正常工作，单相负载损坏,如何使各相之间互不影响？,中性线的作用：（1）各相之间互不影响（2）单相负载所必须的,中性线中的电流一般不为零。中性线不允许断开。,第6章三相电路,三相电源和三相电路三相电路的计算三相电路的功率,1.对称三相电路功率的计算,Pp=UpIpcos,三相总功率：P=3Pp=3UpIpcos,平均功率,(1)为相电压与相电流的相位差(阻抗角)，不要误以为是线电压与线电流的相位差。,(2)cos为每相的功率因数，在对称三相制中有cosA=cosB=cosC=cos。,(3)公式计算电源发出的功率(或负载吸收的功率)。,注意,无功功率,Q=QA+QB+QC=3Qp,视在功率,2）这里的，P、Q、S都是指三相总和。,1）功率因数也可定义为：cos=P/S,注意,3）不对称时无意义,对称三相负载的瞬时功率,2.三相功率的测量,三表法,若负载对称，则需一块表，读数乘以3。,三相四线制,二瓦计法,测量线路的接法是将两个功率表的电流线圈串到任意两相中，电压线圈的同名端接到其电流线圈所串的线上，电压线圈的非同名端接到另一相没有串功率表的线上。,三相三线制,注意,若W1的读数为P1,W2的读数为P2，则三相总功率为：,P=P1+P2,证明：,因负载可以变为Y，故上述结论仍成立。,p=uAiA+uBiB+uCiC,iA+iB+iC=0iC=(iA+iB)