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交流電路中感元件和電容元件的功率
??在正弦交流電路中,理想的電感元件和電容元件都是儲能元件,即是非耗能元件。所謂“非耗能”,是指在任一周期內,電感元件和電容元件從電源側所吸收的能量和 為零。那么,它為什么是零呢?
??1、交流電路中電感元件的功率
??在交流電路中,電感元件的電壓相位超前電流相位90°,它們的波形圖如下圖1-3所示。綠色波形圖表示電壓 u ,藍色波形圖表示電流 i 。
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??圖1-3
??在圖1-3中,電壓相位超前電流相位90°,如果看不出怎么超前的,可以這樣理解:橫軸為時間,隨著時間的變化,在180°區間內,電壓波形先達到最大值,電流后達到最大值,兩個最大值的跨度為90°;或者說,電壓先達到過零點(斜率為正),電流后達到過零點(斜率為正)。
??電感元件中,瞬時電壓與瞬時電流波形圖已知,由于瞬時功率p=ui ,可以得出電感元件的瞬時功率波形如圖1-3中的紅色曲線所示。其實這個功率是有一個計算過程的,但比較復雜,我就不再展開講解了,大家感興趣的可以去補一下三角函數的知識。
??把圖1-3中電感元件的瞬時功率波形圖單獨顯示,如下圖1-4所示??梢钥吹?,電感元件的瞬時功率按正弦規律變化,是一個周期量。
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??圖1-4
??結合上文提到的能量與功率曲線的關系,從圖1-4中也可以看到,電感元件在一個功率周期內,會從電源吸收能量(正半面積),也會對電源釋放能量(負半面積),由于曲線的對稱性,正半面積的大小恰好等于負半面積,這表明,電感元件所吸收的能量全部又釋放回去,一點都不留。這就是電感元件的非耗能特性,電感元件只和電源之間進行能量交換,而不會像電阻元件那樣把電能轉化為熱能、光能等從而消耗掉。電感元件的這種吸收能量又釋放能量的特性稱為儲能特性。
??基于圖1-4,我們可以計算一下電感元件的平均功率,基于其瞬時功率的周期性,每一個周期的能量變化過程都是一樣的,所以我們任取一個周期計算即可。
??其實,不用計算,我想大家也知道,電感元件的平均功率為0。因為在一個周期內,電感的總能量變化為0(吸收又釋放),所以平均功率如下圖1-5所示。
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??圖1-5
??2、交流電路中電容元件的功率
??在交流電路中,電容元件的電流相位超前電壓相位90°,它們的波形圖如下圖1-6所示。綠色波形圖表示電壓 u ,藍色波形圖表示電流 i 。
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??圖1-6
??根據電容元件的瞬時電壓波形和瞬時電流波形,可以得出電容元件的瞬時功率波形如圖1-6的紅色曲線所示。顯然,電容元件的瞬時功率也是一個周期量。
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