交流电

如果将正弦电压加到阻抗相位角为0^O.，得到的电压和电流波形如下所示:

已知功率是电压和电流的乘积(p = i e)，绘制出电路中功率的波形。

如果将正弦电压加到相位角为90的阻抗上^O.，得到的电压和电流波形如下所示:

已知功率是电压和电流的乘积(p = i e)，绘制出电路中功率的波形。同时，解释这个助记短语ELI的冰人”适用于这些波形。

如果将正弦电压加到相位角为-90的阻抗上^O.，得到的电压和电流波形如下所示:

已知功率是电压和电流的乘积(p = i e)，绘制出电路中功率的波形。同时，解释这个助记短语ELI的冰人”适用于这些波形。

动力很容易在直流电路来计算。就拿这个DC灯泡电路：

计算该电路中的功耗，并描述从源到负载的能量转移：能量来自哪里，它会去哪里？

发电机耦合到自行车机构，使得一个人可以产生自己的电力：

骑自行车/发电机的人注意到，当发电机连接到一个负载，如灯泡，或当它充电电池时，踩踏板变得更加困难。然而，当发电机是开路的时候，它很容易旋转。解释一下为什么会这样工作和能量转移。

如果绘制电源波形的电阻交流电路，它将如下所示：

权力价值始终存在的意义是什么积极的(在零线以上)和从不负(在零线以下)?

如果将电压和电流之间相移90度的交流电路的功率波形绘制出来，它将看起来像这样:

功率值在正(零线以上)和负(零线以下)之间相等振荡的意义是什么?这与电压和电流之间相移为零的情况有什么不同?

如果这个电路被建立和运行，它会发现电阻变得比电感热得多，即使两个组件下降的电压和携带的电流是完全相同的:

鉴于其相同的电压下降和电流，解释为什么这两个部件之间的热量输出具有如此显着差异。

计算电路中的电流，以及转动交流发电机所需的机械功率(以“马力”为单位)(假设效率为100%):

计算电路中的电流，以及转动交流发电机所需的机械功率(以“马力”为单位)(假设效率为100%):

学生正在思考简单系列RC电路的行为：

目前尚不清楚，4kΩ电容电抗直接加入3kΩ电阻，总计7kΩ。相反，增加阻抗是矢量：

对于这个学生来说，分量电压下降也形成了一个矢量和，所以电容上的4伏下降和电阻上的3伏下降之和确实是5伏的总源电压:

什么惊喜的学生，虽然是动力。在计算功率对于每个部件，所述学生到达4毫瓦的电容器（4伏特倍1毫安）和3毫瓦的电阻器（3伏次1毫安），但只有5毫瓦的总电路电源（5伏倍1毫安）。在DC电路中，分量功率耗散总是补充说，无论它们的电压和电流可能有多么奇怪的联系。这个学生真诚地期望总功率是7兆瓦，但这对5伏特总电压和1毫安总电流来说是没有意义的。

然后，它发生在学生上，电力可能会像阻抗和电压下降一样。事实上，这似乎是数字毫无意义的唯一方式：

然而，画完这个三角形后，学生又一次被怀疑所困扰。根据能量守恒定律，总输入功率必须等于总输出功率。如果电源输入5兆瓦的总功率到这个电路，应该没有可能的方式，电阻是耗散3兆瓦和电容耗散4 mW。这将构成离开电路的比进入电路的更多的能量!

这个学生的电力三角形图有什么问题？我们如何通过为每个组件的电流乘以电流和总电路来说，我们如何了解通过电流乘以电流获得的数字？

计算电路中的电流，以及转动交流发电机所需的机械功率(以“马力”为单位)(假设效率为100%):

在这个电路中，三种常见的交流负载被建模为电阻，在三种情况中有两种情况结合无功元件。计算每个电流表所记录的电流和功率消散按每一负载:

如果有人读每一个安培计的指示，并将各自的电流乘以120伏特的数字，得到的功率数字(P = I E)是否与实际的功率耗散一致?对每个负载解释为什么或为什么不。

交流电源电路中的一个非常重要的参数是功率因数．解释什么是“功率因数”，并定义它的数值范围。

定义真的功率，与“无功”或“表观”功率相反。

定义明显的力量相反，以“真”或“无功”的力量。

定义无功权力，与“真实”或“表观”权力相反。

交流电路中三种不同类型的功率如下:

S =视在功率，在伏安测量（VA）

p =在瓦特（W）中测量的真正功率

Q =无功功率，在伏安测量反应（VAR）

解释每一种能力类型的名称。为什么它们被称为“明显的”、“真实的”和“反应性的”?

直流电路中的功率计算很简单。有三个公式可以用来计算功率:

$ $ P = 4 \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ P = r ^ 2 \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ P = \压裂{V ^ 2} {R } \ \ \ \ \ 权力\ \ DC \电路$ $

在交流电路中计算功率要复杂得多，因为有三种不同类型的功率:明显的电力，真的Power（P），和无功写出计算交流电路中每一种功率的公式:

计算此电路的功率因数:

解释a和a之间的区别领先的功率因数和滞后功率因数。

在该电路中，三个常见的AC负载表示为电阻，与三种情况下两个中的反应组分结合在一起。计算每个负载的真正功率（P），表观功率（S），无功功率（Q）和功率因数（PF）的量：

同时，为每个电路绘制功率三角形图，显示真实功率、表观功率和无功功率的三角关系。

计算功率因数为0.97(滞后)，视在功率为3.5 kVA的交流电路中电压和电流之间的相移量。同时，用度数写出解相移的方程。

用于描述AC电路中不同类型的电力的共同类比是一杯啤酒，也包含泡沫：

解释这一类比，将啤酒和泡沫的量与AC电路中的不同类型的功率相关，以及为什么经常采用这种类比来描述电路中每个功率类型的“可取性”。

如果通过固定值的电阻，电感和/或电容建模电气设备，则计算其功率因数并不难以计算：

然而，在现实生活中，事情并不那么简单。电动机不会用r和l表示的理想组成型号标记。实际上，即电路模型中的电阻R代表电机的机械工作的总和，这是不可能的。除了能量损失。这些变量根据电机的装载程度的程度而变化，这意味着电机的功率因数也将随机械负载而变化。

然而，计算诸如多千马力电动机的电负载的功率因数可能非常重要。当我们不知道此类负载的等效电路配置或值时，这是如何做的？换句话说，我们如何确定a的功率因数真实的操作时的电气设备?

当然，确实存在特殊的仪表来测量真正的功率（Wattmers）和无功功率（“var”米），直接电源因子。不幸的是，这些仪器可能不会随时可用。我们所需要的是一种方法来测量功率因数，只使用多反电机和示波器等标准电气/电子测试设备。我们怎么能这样做？

提示:记住，S-Q-P“功率三角”的角度Θ与电路的Z-X-R阻抗三角中的角度相同，也与总电压和总电流之间的相移角相同。

假设是单相交流电动机以45马力的速度进行机械工作。这相当于33.57 kW的功率，假设功率等于马力(1 HP≈746 W)。

如果线路电压为460伏特，假设电机效率为100%，功率因数为1，计算为该电机供电所需的线路电流量。

现在重新计算必要的线路电流，如果它的功率因数下降到0.65。假设相同的效率(100%)和相同的机械功率(45马力)。

这些计算有什么意思表示在交流电路中保持高功率因数值的重要性？

一个示波器连接到一个低电流交流电机电路，以测量电压和电流，并将它们相互比照成Lissajous图:

下面的Lissajous图由这个测量得到:

从图中计算出电机电路的相位角(Θ)和功率因数。

大功率交流电动机需要测量其功率因数。你和一名电工被要求使用示波器进行测量。电工知道在这个危险的电路中测量电压和电流必须做什么，而你知道如何解释示波器的图像来计算功率因数。

直接测量电压和电流是不切实际的，看看电压为4160伏AC，电流超过200安培。幸运的是，PT（“电位变压器”）和CT（“电流变压器”）单元已经安装在电机电路中以便于测量：

电工帮助您安全地连接到PT和CT单位后，您可以获得一个看起来像这样的Lissajous图：

从该示波器显示计算交流电机的功率因数。

一个大的电力负载配备瓦特计来测量它的真实功率。如果负载电压为7.2 kV，负载电流为24安培，计算负载的视在功率(S)。如果电度表在相同电压和电流值下显示为155 kW，则计算功率因数和电路中电压和电流的相位角。

画“功率三角形”用于该电路中，以图形方式示出了视在功率，真实功率和相位角之间的关系。

这个电路的功率因数尽可能的低，0:

计算该电路的明显，真实和无功功率：

S =

P =

Q =

现在，假设将电容器与电感器并联加入：

重新计算这个连接电容器的电路的表观功率、真功率和无功功率:

S =

P =

Q =

计算本交流电力系统的线路电流和功率因数:

现在，计算同一电路在负载并联增加一个电容后的线路电流和功率因数:

对配电系统来说，保持远端负载的功率因数尽可能接近于统一(1)是最有利的。解释为什么。

“电力三角形”是理解表观力量，真正功率（P）和无功功率（Q）之间的数学关系的非常有用的模型：

解释如果在电路中加入功率因数校正元件，三角形会发生什么变化。三角形的哪条边长度会改变，角Θ会发生什么变化?

当一个电容器将被并联连接的感应交流负载，以校正滞后功率因数，它能够计算该电容器的无功功率是很重要的（Q_C）。写入至少一个方程用于计算电容器的电容（X.）给出电容器的电容器的无功功率（在vars中）（x_C）在线频率。

电感式交流负载在208伏特电压下能产生13.4安培的电流。用示波器测量线电压和线电流之间的相移，并确定为23^O.．计算如下:

视功率(S) =

真功率(P) =

无功功率(Q) =

功率因数=

一位电工向你建议，可以通过将一个电容器并联到这个负载上来校正滞后功率因数。如果电容器的大小恰到好处，它将完全抵消感性负载的无功功率，导致总无功功率为零，功率因数为单位(1)。假设线路频率为60hz，计算所需电容的大小，单位为法拉。

AC负载在230 VAC和315安培处表现出0.73的滞后功率因数。如果系统频率为60 Hz，请计算以下内容：

视功率(S) =

真功率(P) =

无功功率(Q) =

θ=

必要的平行C尺寸，以将功率因数纠正到Unity =

一个电感交流负载在115kv和149.8安培电压下消耗15.2 MW的真功率。当系统频率为50hz时，计算如下:

视功率(S) =

无功功率(Q) =

功率因数=

θ=

必要的平行C尺寸，以将功率因数纠正到Unity =

双跟踪示波器用于测量电感AC负载的电压和电流之间的相移：

根据110伏的负载电压计算以下内容，负载电流为3.2放大器，以及60 Hz的频率：

视功率(S) =

真功率(P) =

无功功率(Q) =

θ=

功率因数=

必要的平行C尺寸，以将功率因数纠正到Unity =

计算此电路的功率因数:

然后，计算电容器的大小，必要的“纠正”功率因数的值为1.0，显示电容器在电路中的最佳位置。

如果AC电路具有滞后功率因数，则校正该功率因数的方法是将电容添加到电路上以创建领先的无功功率。这导致无功功率将取消负荷的滞后的无功功率，理想地抵消彼此使得存在放置在源（在电路零净无功功率）上没有无功功率需求：

定义一个循序渐进的程序，用于计算所需的补偿电容器的大小(法拉)，以便将任何滞后功率因数校正到一个单位值。使您的程序足够通用，以便适用于任何场景。

大多数功率因数校正方法涉及并联电容与感性负载的连接:

技术上可以通过连接电容器来校正滞后功率因数系列电感负载也可以，但很少这样做:

解释为什么大多数应用中的功率因数校正的实用解决方案。

虽然大多数高功率AC负载本质上是电感的，但有些是电容性的。解释你必须做的是什么才能纠正领先的一个大电容负载的功率因数，只要功率因数低到足以保证设备的费用来纠正它。

在交流电力系统中，工程师们普遍从生产和消费的角度来考虑无功。据说，电感负载，消耗无功功率。相反，容性负载生产无功功率。

解释“生产”和“消费”模型如何分别与电容器和电感器的无功功率相关。作为其既不是任何类型的组件实际耗散或产生电能，如何适合描述其行为？

“电容器”的另一个名字是冷凝器．解释什么是同步冷凝器是，以及如何用它来校正交流电力系统中的功率因数。

计算单相交流电路的表观电源易于通过线电流乘以线电压（S = VI）：

在给定相同数字的情况下，我们如何计算平衡三相电路的视在功率?

水电站处的一个非常大的三相交流发电机具有以下连续全功率额定值：

输出功率600mw

15kv线路电压

23.686千安线电流

计算该交流发电机（在MVA中）的连续全负荷表观功率，其连续的全负载无功功率（MVAR）及其功率因数（以百分比）。

大型配电中心通常配备电容器，以纠正许多工业负载的滞后(电感)功率因数。然而，由于负载条件不断变化，没有任何一个电容值能够精确地校正功率因数。乍一看，一个可变的电容器可能是答案(可调节的补偿任何滞后功率因数的值），但是可变电容器具有必要的电力线路补偿的收视率将是大得惊人，价格昂贵。

解决电容变化问题的一种方法是使用一套固定电容的机电继电器:

解释这样的电路如何提供步进可变电容，并确定它能提供的电容范围。