视在功率(apparent power)是交流电路中的一个重要参数,通常表示为“S”,它是相位电压和相位电流的积。 其计算公式如下:
S = VI
其中,S为视在功率,单位为伏安(VA);V为相位电压,单位为伏特(V);I为相位电流,单位为安培(A)。
接下来我们给出视在功率计算公式的推导过程。
对于交流电路来说,电流和电压都是随时间而变化的,因此它们是时间的函数。一般情况下,我们用sinusoid函数来表示交流电路中的电压和电流,即:
v(t) = Vm sin(ωt + φv)
i(t) = Im sin(ωt + φi)
其中,Vm和Im分别表示电压和电流的峰值(也称幅值),ω是角频率,通常用2πf表示(f为电路的频率),φv和φi分别表示电压和电流的相位差。
将上述式子代入视在功率的原始公式中,可以得到:
S = VI = Vmcosφv × Imcosφi + Vmsinφv × Imsinφi
注意到,两个sin项和两个cos项分别对应正交坐标系中的一个矢量,因此上式可以用复数的形式进行表示:
S = VI = VmI m cos(φv – φi) + jVmI m sin(φv – φi) = |S|∠θ
其中,|S|表示视在功率的模长,θ表示视在功率的相位角。这里,我们引入了一个新的量——复功率(complex power),其定义为:
P = VmIm cos(φv – φi)——有功功率(active power)
Q = VmIm sin(φv – φi)——无功功率(reactive power)
则视在功率可以表达为:
S = P + jQ
其中,j是虚数单位。