一、有功功率
无源二端网络 N 中含有线性电阻、电容、电感、受控源等元件,阻抗为
。其端电压和端电流分别为
。
二端网络 N 吸收的瞬时功率为
![]()
平均功率( average power )是指在一个周期内吸收的瞬时功率的平均值,用 P 表示,即
![]()
有功功率
在一个周期内吸收的瞬时功率的平均值,称为平均功率,又称有功功率( active power ),单位为瓦( W )。
![]()
有功功率是真正由来做功的功率,由网络中的电阻元件产生。
称为二端网络的功率因数( power factor ),
又称为功率因数角。
![]()
二、无功功率和视在功率
无功功率![]()
无功功率表示网络与电源进行能量交换的规模,由网络中的储能元件产生。单位是乏( var )。
视在功率![]()
单位是伏安( VA )。

设二端网络的等效阻抗为![]()
则该二端网络的等效电阻为![]()
该二端网络的等效电抗为![]()

图 7.5-1 中,
,则
,
,根据各功率的定义,可以得到
1 、电阻元件, Z=R ,
,
,则
![]()
电阻元件只从电路中吸收能量,而不与电路作能量交换;
2 、电感元件,
,
,
,则
![]()
电感元件不耗能,只与电路作能量交换;
3 、电容元件,
,
,
,则
![]()
电容元件也不耗能,只与电路作能量交换。
三、复功率
复功率
二端网络的端电压为
,端电流为
,设端电流的共轭相量为
,则定义
和
的乘积为复功率( complex power ),即
![]()
功率守恒
如果二端网络中含有 n 个元件,则有功、无功、复功率都守恒
![]()
![]()
![]()
但是,视在功率不守恒![]()
例 7.5-1 图 7.5-2 所示电路中,
,角频率
,
,电路吸收的有功功率 P=200W ,求电阻 R 和电感 L 。
![]() |
解:由 KVL 可得![]()
所以,![]()
因为电路吸收的有功功率就是电阻 R 吸收的有功功率,即![]()
所以,电阻![]()
又![]()
则感抗为![]()
所以,电感![]()
例 7.5-2 图 7.5-3 所示正弦稳态电路中,已知电压源
,电流源
,试分别求出电压源和电流源发出的总有功功率。

解:根据功率守恒性,电压源和电流源所发出的总有功功率,就是 1 Ω和 2 Ω电阻吸收的有功功率之和,因此,只要先求出通过 1 Ω电阻的电流
和通过 2 Ω电阻的电流
就可以了。
设电流源两端的电压为
,列写节点电压方程,![]()
代入参数,得![]()
解得![]()
所以
![]()
![]()
因此,电压源和电流源发出的总有功功率为![]()
四、最大功率传输
一个含源的二端网络,总可以用一条电压源
和等效阻抗 Zo 相串联的戴维南等效支路来替代,如图 7.5-4 所示。
![]() |
设电压源的等效阻抗为
,负载阻抗为
。
则电路中的电流![]()
电流的有效值为![]()
负载
获得的有功功率实际就是
中的电阻部分
获得的有功功率,所以,负载获得的功率为![]()
1 、负载
的电阻部分
和电抗部分
皆可调
式中,
,欲使 PL 达到最大,可先令
,即
,这时,![]()
再调节 RL ,使 PL 达到最大,令
,即![]()
解得:![]()
因此,当负载阻抗与电源等效阻抗互为共轭复数,
时,即![]()
负载获得最大功率,称为共轭匹配( conjugate matching )。这时获得的最大功率为![]()
2 、负载
的阻抗角
固定,而阻抗模
可变
有些情况下,负载是电阻性设备,即
,
,这时,
,
,通过调节 RL 使负载获得最大功率。
![]()
![]()
负载获得的功率为![]()
令
,即![]()
解得:![]()
当负载为一个电阻时,负载获得最大功率的条件是负载电阻与电源等效阻抗的模相等,即模匹配( modular matching )。
模匹配时负载电阻获得的最大功率为![]()
结 论
1 、当负载
和
皆可调时,采用共轭匹配
, ![]()
2 、当负载为纯电阻
时,采用模匹配
, ![]()
3 、一般情况下,负载在模匹配时获得的最大功率比共轭匹配时要小。
例 7.5-3 电路如图 7.5-5 所示,
,负载为以下两种情况:( 1 )负载
为可变电阻,( 2 )负载
为可变阻抗( RL 、 XL 均可调),试问负载分别为何值时获得最大功率,并求最大功率值。
![]() |
解: 电压源的等效阻抗为![]()
( 1 )负载为可变电阻时,欲使负载获得最大功率,则应采用模匹配,
,即负载 ZL=RL=7.07 Ω时获得最大功率,最大功率为![]()
( 2 )负载为可变阻抗,即 RL 、 XL 均可调时,欲使负载获得最大功率,则应采用共轭匹配,
,即负载
时获得最大功率,最大功率为
,显然,负载采用共轭匹配时获得的最大功率比采用模匹配时要大。



