交流电路的功率和功率因数

第二章交流电路课堂设计项目内容授课题目交流电路功率及功率因数授课目的了解交流电路功率的计算和功率因数对电路的影响教学重点交流电路的功率计算，功率因数过低对电路的影响及采取的措施授课方法理论讲解阅读自学多媒体辅助授课时间2学时育人措施鼓励学员自己看书阅读，培养自学能力。内容结构与方法步骤讲授准备准备教具，清点人数，宣布授课提要等。3分钟陈述式讲授实施授课内容交流电路功率40分钟理论讲解多媒体演示功率因数45分钟★理论讲解多媒体演示思想工作5分钟随机评比竞赛小结讲评5分钟陈述式课终讲评回顾内容强调重点布置作业讲评2分钟集体组织陈述式备注1．总时间为2课时，100分钟；2．★表示重点内容。讲授准备１．写好教案，准备多媒体教室并试验课件；３．清点到课人数，登记教学日志；４．接受报告，如有首长听课，须向首长报告。课目：交流电路功率及功率因数和电路中的谐振目的：了解交流电路功率的计算和功率因数对电路的影响内容：一、交流电路功率二、功率因数方法：理论讲解、多媒体演示、时间：2课时地点：教室要求：1．遵守课堂纪律，姿态端正，认真听讲；2．理论联系实际，做到学用结合；3．认真讨论，积极踊跃发言。保障：１．教材和笔记本；２．多媒体课件和教鞭。３．多媒体教室。讲授实施3.6交流电路的功率本节导学：与其他参考书不一样，本书将交流电路的功率单独作为一节，很有特色。一是把电流分为有功分量和无功分量，二是介绍了有功功率守恒和无功功率守恒的概念和通过功率守恒解题的方法。一、电流的有功分量和无功分量电流的有功分量和电压的方向相同：cosIIp电流的无功分量和电压方向相差90°，sinIIQ二、电路的有功功率、无功功率和视在功率的定义电流的有功分量和无功分量与电压U的乘积就分别等于电路的有功功率和无功功率，即P=UIcosQ=UIsin而电压与电流有效值的乘积则称为电路的视在功率或表观功率，用S表示，即S=UI。为了与有功功率和无功功率区别起见，视在功率的单位是伏。安。有功功率，无论90°0°，还是-90°0°，cos0，P总是大于零的。因而电路的总有功功率应等于各支路或电阻元件有功功率的算术和，即2iiiIRPP无功功率则有电容性和电感性之分。在分析交流电路的功率时，为统一起见；（1）为电压对电流的相位差，即iu，在电容性电路中，u滞后于i，-90°0°，sin0，故Q0,它是由电场能与电能相互转换而形成的。（2）在电感性电路中，u超前于i，90°0°，sin0，故Q0，它是由磁场能与电能相互转换而形成的，（3）当电路中同时有电容和电感存在时，电路的总无功功率应为两者无功功率绝对值之差。三、功率三角形电路的有功功率、无功功率和视在功率组成了功率三角形。四、有功功率守恒2iiiIRPP6、无功功率守恒Q=∑Qi=∑UiIisiniCLCLQQQQQ五、视在功率的计算视在功率可视为有功功率和无功功率的综合值，他的大小反映了电器设备的任载情况。例如，交流发电机和变压器等供电设备都是按照一定的额定电压和额定电流设计制造的。两者的乘积即设备的额定视在功率。使用时，若实际的视在功率超过了额定视在功率，设备可能损坏。因而，设备的容量常用而定视在功率来表示。它们所允许输出的有功功率则还与负载的性质，即与负载的cos有关。只有在规定和已知cos的情况下，才能用额定有功功率来表示设备的容量。分析和计算视在功率，要注意电路的总视在功率一般情况下不等于各支路或元件视在功率的算术和或代数和，即iSS。[例3.6.1]求电路的总有功功率、无功功率和视在功率。已知数据注明在图上。[解]方法1由总电压总电流求总功率P=UIcos=220×0.86×cos(0°39.6°)W=146WQ=UIsin=220×0.86×sin(0°39.6°)var=121varS=UI=220×0.86V·A=190V·A方法2由支路功率求总功率P=P1+P2=U1I1cos1+U2I2cos2=｛2201.9cos(0°80°)+2201.36cos[0°(75.7°)]｝W=(72+74)W=146WQ=Q1+Q2=P1tan1+P2tan2=(411+290)var=121varS=√P2+Q2=190V·A3.7电路的功率因数本节导学：了解功率因数的定义提高功率因数的意义和方法。一、功率因数的定义在交流电路中，有功功率与视在功率的比值用λ表示，称为电路的功率因数：cosSP二、常用电路的功率因数纯电阻电路cos=1纯电感电路cos=0纯电容电路cos=0RLC串联电路0＜cos＜1电动机空载cos=0.2~0.3满载cos=0.7~0.9日光灯cos=0.5~0.6三、功率因数和电路参数的关系RXXCLarctan说明：功率因数由负载性质决定。与电路的参数和频率有关，与电路的电压、电流无关。四、功率因数低的害处1.降低了供电设备的利用率P=SNcosSN——供电设备的容量例如：SN=1000kV·A，cos=0.5时，输出P=?cos=0.9时，输出P=?2.增加了供电设备和输电线路的功率损失I=P/(Ucos)当P一定时，cos↓→I↑→功率损失↑而且线路电压降落↑五、造成功率因数低的原因1电路的功率因数低，是因为无功功率多，使得有功功率与视在功率的比值小。2电感性负载比较多，无功功率多。六、提高功率因数的办法并联补偿电容。I2=I1sin1Isin11cosUPIcosUPI又因为I2=ωCU所以可以并联一个电容：分析例题。