上回我們從微觀的角度講解了P=U×I,下面我們從微觀角度看看無(wú)功功率是怎么產(chǎn)生的,在此之前,我們得先知道引起無(wú)功功率的元器件是儲(chǔ)能器件,主要是電感和電容。
首先,在宏觀上,我們知道電感能導(dǎo)致電壓超前電流90°,可從如下公式推出:
由此可以得
兩邊積分得
推出
同理可推出電容會(huì)使電壓滯后電流90°:
推出
所以,對(duì)于電感或電容負(fù)載其視在功率為:
而有功功率:
所以無(wú)功功率:
以上是在宏觀角度推算出電感和電容導(dǎo)致電壓與電流“方向”不一致。接下來(lái),我們從微觀角度看看電感和電容是如何改變電壓和電流方向的。
對(duì)于電感來(lái)說(shuō),加在電感導(dǎo)線上的電場(chǎng)會(huì)驅(qū)使電子移動(dòng)形成電流,該電流會(huì)在電感上產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)形成一個(gè)反向電壓Uf(即反向電動(dòng)勢(shì)),反向電壓的大小與電流增長(zhǎng)的速率成正比:
交流峰值電壓加在電感兩端,電流增長(zhǎng)速率(趨勢(shì))最大,也就是電流方向改變瞬間。此后電源電壓減小,電流增長(zhǎng)速率開(kāi)始減小,電流增大。電源電壓減小到零時(shí),電流增加到最大。
電源電壓反向時(shí),反向電壓Uf方向也同時(shí)改變,維持此時(shí)電流,此后隨著電源電壓增大,電流開(kāi)始減小,直到電源電壓達(dá)到最大,電流改變速率也增長(zhǎng)到最大,也就是電流方向改變瞬間。
此一過(guò)程下來(lái),剛好使得電壓相位超前于電流1/4個(gè)周期,也就是90°。
藍(lán)色為電壓,粉色為電流
對(duì)于電容來(lái)說(shuō),電容的本質(zhì)是兩塊有一定間距的金屬板,而金屬板兩端的電壓與其積蓄的電荷量相關(guān),當(dāng)電容兩端的電壓為零時(shí),電容相當(dāng)于短路,此時(shí)流入其中的電流最大,隨著時(shí)間的推移,電容積累的電荷量增加,兩端的電壓增加(此時(shí)電流也隨減小),最終達(dá)到與電源電壓相等,電流減小至零。此后,(交流)電源電壓開(kāi)始較小,而電容電壓大于電源電壓,所以此時(shí)電容的電荷開(kāi)始反向移動(dòng),導(dǎo)致電源的電壓與電流方向相反。此過(guò)程下來(lái),剛好使得電壓相位滯后于電流1/4個(gè)周期,也就是90°。
藍(lán)色為電壓,粉色為電流
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