功率包括电功率、机械功率。电功率又包括直流电功率、交流电功率和射频功率;交流功率又包括余弦电路功率和非余弦电路功率;机械功率又包括线位移功率和角位移功率,角位移功率常见于马达输出功率;电功率还可分为瞬时功率、平均功率(有功功率)、无功功率、视在功率。在电学中,不加特殊申明时,功率均指有功功率。在非余弦电路中,无功功率又可分为位移无功功率,畸变无功功率,二者的方和根称为广义无功功率。
本文列举了上述所有功率估算公式,文中p(t)指瞬时功率。u(t)、i(t)指瞬时电流和瞬时电压。U、I指电流、电流有效值,P指平均功率。
1普遍适用的功率估算公式
在热学中,下列瞬时功率估算公式普遍适用
注:有关热学瞬时功率估算公式的更多信息请阅读:瞬时功率与有功功率估算公式。
在热学中,下列瞬时功率估算公式普遍适用
在热学和热学中,下列平均功率估算公式普遍适用
W为时间T内做的功。
在热学中,上述平均功率P称作有功功率,P=W/T作为有功功率估算公式普遍适用。
在热学中,公式(3)还可用下列积分形式表示
其中,T为周期交流联通号的周期、或直流电的任意一段时间、或非周期交流电的任意一段时间。热学中,公式(3)和(4)的数学意义完全相同。
热学中,对于二端器件或二端电路,下列视在功率估算公式普遍适用:
2直流电功率估算公式
已知电流、电流时采用上述估算公式。
已知电流、电阻时采用上述估算公式。
已知电压、电阻时采用上述估算公式。
针对直流电路,右图分别列举了电流、电流、功率、电阻之间相互换算关系。
3余弦交流电功率估算公式
余弦交流电无功功率估算公式:
余弦交流电有功功率估算公式:
余弦电压电路中的有功功率、无功功率、和视在功率两者之间是一个直角三角形的关系:
当负载为纯内阻时,下式创立:
此时,直流电功率估算公式同样适用于余弦交流电路。
4非余弦交流电功率估算公式
非余弦交流电功率估算公式采用普适公式(3)或(4)
对于周期非余弦交流电,将周期交变电流电压进行傅里叶变换,展开为傅里叶级数,有功功率估算公式还可表示为:
上式中,当n仅取一个值时,比如:n=1,上式成为基波有功功率估算公式;n=3,上式成为三次纹波有功功率估算公式。
在非余弦电路中,有功功率和视在功率的定义不变,但是,此时,电流、电流相位差早已没有明晰的数学意义,此时,Q根据下列公式定义:
式中,Un、In为n次纹波的有效值,当n=1时,U1、I1称为基波有效值。
但是,此时,
因为Q与基殃及纹波电流、电流的相位角相关,称为位移无功功率。因此,引入畸变无功功率D,畸变无功功率估算公式如下:
畸变无功功率有时称作畸变功率,上式中,N为电流、电流最大纹波次数中的小者。个别文献中也将Q称为无功功率,而将Q和D的方和根称为广义无功功率。
对比位移无功功率和畸变无功功率的估算公式,可以发觉:Q是相同频度的电流份量与电压份量相位移不同形成的无功;而畸变无功功率则是不同频度电流及电压份量之间形成的无功。这一点很容易理解,后者是由于相同频度份量之间存在相位差。而前者因为频度不同,其相位差一直在变化,其实不会相等,而电流和电压相位不同,还会形成无功。

非余弦电路中,视在功率S、有功功率P、位移无功功率Q、畸变无功功率D满足下列估算公式。
5射频功率估算公式
射频功率属于交流电功率,理论上具有与交流电功率相同的估算公式,然而,实际上在超高频和微波频段,有TEM波和非TEM波之分。在TEM波的同轴系统中,电流和电压虽非准确含义,但检测其绝对值很困难。在波导系统中,由于存在不同的电磁模式,电流和电流失去惟一性。在个频段和各传输系统中,功率是单值表征信号硬度的重要方式。在射频范围直接检测功率取代了电流和电压的检测。
6单相有功功率估算公式
单相电路中,总有功功率等于各相有功功率的算术和。单相四线制电路中,一般采用三瓦计法分别检测每相的功率,单相有功功率估算公式如下:
对于单相三线制电路,也可采用二瓦计法,单相功率估算公式为:
注1:二瓦计法适用对称和不对称的单相三线制电路,详尽功率估算公式推论请参见:二瓦计与三瓦计法适用场合解读。
对于余弦单相对称电路,
U、I为线电流、线电压有效值,φ为相电流与相电压的相位差。
或
UP、IP为相电流、相电压有效值,φ为相电流与相电压的相位差。
注:采用二瓦计法检测时,每位瓦表的相位差与上述φ有内在联系,但并相同,详尽内容请参见:二瓦计法相位与功率质数的关系。
7单相无功功率估算公式
在电源和负载都对称的单相三线电路中,可以借助检测有功功率的两表法测出单相无功功率:
P1、P2为两个功率表检测数据
二表法适用于电源电流对称、负载对称或不对称的单相三线制和单相四线制电路中:
P1、P2、P3分别为三个功率表检测数据
8电动机输出功率估算公式
电动机输出功率称作电动机轴功率或机械功率,电动机输出功率估算公式如下:
其推论过程如下:
P=FV(a)
F:力,单位为N;V:速率,单位为m/s;P:功率,单位为W
T=FR
F=T/R(b)
T:力矩,单位为N.m;R:作用直径,单位为m
V=2πRn/60=πR*n/30(c)
V:线速率,单位为m/s;n:怠速,单位为r/min
将(b)、(c)代入(a)
P=πTn/30
若将P的单位变为kW,得到下列马达功率估算公式:
P=πTn/30000=Tn/9549
或
T=9549P/n
注:马达输入功率、输出功率及转矩的换算公式及详尽推论过程请参见:力矩和功率的估算公式推论及记忆技巧。
力矩和功率的估算公式推论及记忆技巧
力矩和功率及怠速的关系式,是马达学中常用的关系式,近日在百度晓得上常有听到关于力矩和功率及怠速的相关估算式的问答,通常回答者都是直接给出估算公式,公式中的常数采用近似值,常数常常不容易记住,本文的目的就是帮助你们便捷的记住那些公式,并在工程应用中熟练的使用。
1记住力矩和功率的公式方式
力矩和功率及怠速的关系式通常用于描述马达的转轴的做功问题,扭力越大,轴功率越大;怠速越高,轴功率越大,力矩和怠速都是形成轴功率的必要条件,力矩为零或怠速为零,输出轴功率为零。为此,马达空转或堵转就是轴功率等于零的两个特例。
功率和转矩及怠速成反比,力矩和功率的关系式具有如下方式:
P=aTN
上式中,a为常数,对应的有:

T=(1/a)(1/N)P
即力矩和功率成反比,和怠速成正比。
记忆技巧:
记住力矩T和功率P成反比,力矩T和怠速N成正比,而系数a毋须记忆。
2记住力做功的基本公式
提问者一般都晓得上述关系式,问题的焦点在于常数a的具体数值。
倘若不是常常使用该公式,的确很难记住这个常数,本人亦是这么。
不过,只要记住力矩和怠速公式的推论方法,可以很快推导入结果,得到系数a的确切值。
我们晓得热学中力做功的功率估算公式为:
P=FV(2)
上述公式为力做功的基本公式。但是,基本公式中没有出现力矩T和怠速N。
假如我们注意到:扭力实际上就是热学上的扭力。就很容易联想到力矩T和力F的关系。
因为扭力等于力F和力臂的乘积,而力臂是轴的直径r,因而有:
T=Fr或
F=T/r(3)
图2力矩和力臂的关系
记忆技巧:
力矩的单位是N.m,N是力的单位,m是宽度的单位,为此,力等于扭力乘以宽度,而宽度就是直径r。
3把握角速率和速率的转换方式
第二节告诉我们,力矩与轴的直径有关,但是,力矩和功率的关系式(1)中,并无轴直径的参数r,也无力做功基本公式(2)中的速率V。
这就引导我们去思索,将速率V变换为怠速N后,怠速N与力矩T相加,应当可以抵消掉轴直径r。实际正是这么:
电动机轴面上任意一点的速率与旋转的角速率及轴直径成反比,即:
V=ωr(4)
记忆技巧:
弧形的宽度等于角度除以直径,圆周运动的速率等于角速率除以直径。
4力矩和功率的基本公式
将式(3)和(4)代入式(2),得到:
P=Tω(5)
式(5)为力矩和功率的基本公式,这个公式,我们可以根据上述方法推论,不过最好的办法还是直接记住。
记忆技巧:
角速率ω和怠速N都可以反映怠速,采用角速率时,力矩和功率成反比,力矩和怠速成正比,且正反比的系数均为1,因而,这是力矩和功率的基本公式。
5单位转换
至此,我们还是没有得出力矩和功率关系式(1)中的常数a。这么,上面的推论,是否过分冗长呢?
其实不是,实际上,式(5)和式(1)具有相同的含意,区别仅仅在于变量的单位。
而一个公式中,假如单位不确定,常数是没有意义的。
式(5)中,P、T和ω均采用标准单位,分别为瓦特(W)、牛顿.米(N.m)和弧度/秒(rad/s)。
式(1)中电功率三个公式的适用条件,若转矩和功率的单位不变,怠速N采用常用的转/分(r/min)。
因为一圈等于2π弧度电功率三个公式的适用条件,1分钟等于60秒,式(5)变换为:
P=(2π/60)TN
若功率P采用kW为单位,上式变换为:
P=(2π/60000)TN
60000/2π≈9549代入上式得到:
P≈TN/9549
T≈9549P/N(6)
式(6)就是最常用的力矩和功率估算公式。
若功率较小,单位采用瓦特,式(6)的常数须要乘以1000。若怠速单位采用转每秒,式(6)的常数须要除以60。
式(6)和式(5)的区别仅仅在于单位的选择,而式(5)才是力矩和功率的基本公式。
6力矩和功率及怠速关系式记忆技巧
力矩和功率的基本公式为P=Tω,角速率ω可用怠速N代替,只要记住使用公式的变量和基本公式中变量的单位转换关系,就可以便捷的推导入各类力矩和功率的估算公式及相关常数的确切数值。
