輸送到不同地區。上圖是紐西蘭400kV電壓電網。]]
电功率(Electric power)泛指电能做功的能力,操作型定义是电流在单位时间内做的功,或单位时间内转移或转换的电能。可用来表示用电设备的耗用电能力(消耗电能的快慢的物理量)、发电设备的发电能力、输变电设备的输电能力。电功率類似力學中的機械功率,使用 P 或 ℘ 為符號,以 W 或 watt(瓦,瓦特)為單位。
當電流通過一個電路時,其攜帶的電能可以轉換能量成機械能,或是發熱。運用電功率的電器設備的種類很多種,例如發熱(電熱器)、光(燈泡)、動能(電動機)、聲音(揚聲器)、或化學變化(電鍍)。電功率可以經由發電機產生,或化學反應產生(電池),或是由太陽能(太陽能電池),或是轉化為化學能儲存於蓄電池。
单位
千伏安(kVA,kilovolt-ampere)与 千瓦(kW)基本上是一样的,都代表电功率。电流与电压的乘积等于 瓦(VA=W)。不过,瓦只适用于直流电设备,而在交流电设备上面,要把 kVA(千伏安)变成 kW(千瓦),还要乘以功率因数。用公式来表示就是:
kW = kVA \cdot {\cos{\phi}}
瞬时电功率
一个元件的瞬时电功率由下式给出:
:P(t) =U(t)I(t)
其中 I(t) 或 I 为电流,U(t) 或 U 为元件两端的电势差。
若元件为线性元件,即电压与电流之比不随时间变化,也即服从欧姆定律,则有:
: P=VI=I^2 R = \frac{V^2}{R}
其中R={V\over I}为元件的电阻。
視在功率
在交流電,視在功率(apparent power)包括實功及虛功。發電機必須同時提供實功及虛功,電力系統才可正常運作。視在功率的單位是伏安(VA),電力公司使用的電容及變壓器通常以kVA或MVA作為額定值的單位。
被動符號規定
電功率採用被動符號規定(passive sign convention)。電流方向以負載端或被動元件的角度來定義。電流由正流向負代表負載,P是正數。相反,電流由負流向正代表電源或主動元件,P是負數。
在交流電,虛功率也是從被動元件的角度出發。電感消耗虛功,Q是正數。發電機或電容提供虛功,Q是負數。
直流電路
在直流純電阻的電路中,功率的消耗計算,使用焦耳定律:
:P = V \cdot I
:P:功率
:V:電壓
:I:電流
:R:電阻
在電阻性或線性負載時,可將歐姆定律的I = \frac{V}{R},代入計算之中:
:P = I^2 \cdot R = \frac{V^2}{R}
交流電路
;瞬間功率
:在交流電路之中,電壓與電流會隨著時間改變,因此代入時間取當時的電壓與電流值,用以計算瞬間功率P(t)。
:
P(t) = I(t) \cdot V(t) \,
;視在功率(Apparent Power)
:在交流電路之中,有效電壓與有效電流的乘積為視在功率S。
:
S = V \cdot I \,
;平均功率P
:
P = I \cdot V \cdot \cos \theta \,
;虛功率
:在交流電路之中,純電感電路或純電容電路,其瞬間功率雖不為零,但其一個電壓周期的平均功率為零,因此稱為虛功率Q,或稱電抗功率(Reactive Power)。
:
Q = V \cdot I \cdot \theta \,
;功率因數 pf
。]]
:
pf = \frac{P}{S} = \cos \theta \,
: S^2 = P^2 + Q^2
;平均功率
:
P = {1 \over T} \int_{0}^{T} i(t) \cdot v(t)\, dt \,
;複數功率(Complex Power)
:在電機工程,通常使用複數計算電流、電壓及功率。
:複功率定義為電壓乘上電流的共軛。虛數部分是正,代表電感性負載,負數代表電容性負載。
: S = VI^* = P + jQ
:其中, j 是虛數單位。
在空間
:在同一個平面,電路流向何方,受到電和磁場存在與波動的影響。P = V \cdot I其實是被簡化過的計算。在正常情況下必須使用更複雜的計算,使用向量积的積分,即:
:
P = \int_S (\mathbf{E} \times \mathbf{H}) \cdot \mathbf{dA}. \,
参见
- 電力系統
- 高压电线
- 電力工程學
*國家電力消耗排名列表
參考資料
*
*
外部連結
*[http://www.ieee-pes.org/ IEEE Power & Energy Society]
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