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不同频率的正弦波电压和电流,不会做功,如何证明?

网友发布 2023-07-31 01:17 · 头闻号仪器机械

您提的问题,可以用正弦信号的正交性解释。

所谓正弦信号的正交性,是指任意两个不同频率的正弦信号的乘积,在[-π~π]上的积分等于零。而有功功率的定义,恰好是电压信号与电流信号乘积在一个周期内的均值。均值即为积分值除以积分时间。因此,不同频率的正弦波的电压和电流不会做功。

这个问题,证明也很简单:

p(t)=sin(ω1t+θ1)*sin(ω2t+θ2)

采用三角函数的积化和差公式

p(t)=-[cos(ω1t+θ1+ω2t+θ2)-cos(ω1t+θ1-ω2t-θ2)]/2

=1/2 cos((ω1-ω2)t+(θ1-θ2))-1/2 cos((ω1+ω2)t+(θ1+θ2))

上式中左右两项均为余弦函数,由于ω1!=ω2,所以(ω1-ω2)t+(θ1-θ2)!=0,所以上式在一个周期内的积分必然等于零。

证明完毕!

另外,由上式可知,如果ω1-ω2=0,但是,θ1-θ2=90°,左式恒等于0,右式积分为零,有功功率仍然等于0.这就是相同频率时,相位差为90°时的情形!

因此,不同频率的正弦波电压和电流的功率等于零还可以扩展为:

任意频率的正弦电压和电流,只要某一瞬间相位差达到90°,那么,其有功功率(一个周期内的平均功率)等于零。(相同频率要求初始相位差为90°,不同频率不论初始相位差多少,必然存在一个时刻,两者的相位差达到90°)

正弦交流电的三要素是:(1)最大值;(2)角频率;(3)初相位(初相)。

随时间作正弦规律变化的电流称正弦交流电。 大小和方向随时间按正弦函数规律变化的电流 或电压。表示为i=Imsin(ωt+α)或u= Umsin(ωt+α)。式中i、u为交流电电流、电 压的瞬时值,Im、Um为交流电电流、电压的最 大值,ω为交流电的角频率,α为交流电的初相 位。交流电比直流电有更普遍的应用价值。

交流电在实际使用中,如果用最大值来计算交流电的电功或电功率并不合适,因为毕竟在一个周期中只有两个瞬间达到这个最大值。为此人们通常用有效值来计算交流电的实际效应。

理论和实验都证明,正弦交流电的有效值等于“最大值乘以0.5的开平方’也可以用最大值除以根号2。

因除以一个数等于乘以这个数的倒数,也可以用最大值乘以根号2的倒数,根号2的倒数是0.707,因此可得有效值等于最大值乘以0.707。

大小与方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电动势叫做正弦交流电流、电压、电动势,在某一时刻t的瞬时值可用三角函数式(解析式)来表示,即i(t)=Imsin(ωt+ji0)、u(t)=Umsin(ωt+ju0)、e(t)=Emsin(ωt+je0)

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