电的知识

注：整理资料费了很大力气，想学知识，请认真阅读。
电能转换和消耗有多种形式
驳斥假借能量守恒抛出电能99.99%转化成热，已及无功功耗无用论。

    在当代电力能源紧张，电力供不应求，研究节电工作是国家的头等大事。从实践中看，利用电容器节约电能效果很大，国家还把利用电容器节电列为重点的推广项目之一。但从理论方面解答不出利用电容器节电的真正原因，从节电的计算公式中也看不出节电的实际效果，尤其是不收无功功率电费（变相收），就使用电单位安装电容器得不到经济效益，用电单位领导就不同意安装电容器。因此探讨利用电容器节电的本质，改变收电费的方法，是推广利用电容器节电的关键。
    现在的情况是：实践走在理论的前边，理论阻碍了实践的发展，如果有了新的理论做指导，实践就会飞速向前。 热电技术联盟

电工学与其它科学一样，是一步一步地向前发展，每走一步都要经过艰苦的历程。电工学的发展史可分为三个阶段：

1、在电工学的发展史上，首先应用的是直流电，它是电工学发展史上的第一个阶段。使社会的生产力发展向前迈出了一大步，从蒸汽机时代开始往电动机时代过度。

2、因为实践的发展，人们发现交流电比直流电有更多的优点，在此阶段人们发明了变压器，为人类更好地应用交流电做出了巨大贡献。交流电的应用是电工学发展史上的第二个阶段。在这个阶段中，电动机完全代替了蒸汽机，社会的生产力向前发展更快。

3、在交流电的广泛应用后，实践又向前发展。人类发明了电容器，又发现电路谐振时电流或电压会增大，人们又开始研究利用电路谐振现象。电容器的发明和电路谐振现象的利用，使社会飞速地向前进。
（1）在电信技术中，人们利用电路谐振现象选择信号，发明了收音机、电报、电话、电视和手机等推动了电信业和机械自动化的发展。从实践中看，如果没有利用电路谐振现象选择信号，就没有今天的自动化和现代化。
（2）在电力电网中，人们利用电力电容器补偿无功功率的损失，使电网中的电能增大，电压稳定负载做功增加。发电机的容量虽然是用有功功率表示的，但在运行中不能超过额定的电流和电压，如果没有电容器补偿无功功率，只能输出1/2的电能。

因为无功功率在交流电路中是不可缺少的，不论是否承认它能做功，输出有功功率时都需要消耗一定数量的无功功率，电感负载（变压器和电动机）做功也同样要消耗一定数量的无功功率，也就是说无功功率是无法消灭的。不从发电机中供给，也必须从其它地方供给。如果在电力电网中不补偿无功功率，全社会就会缺少一半左右的电能，就会倒退几百年。

因为电路谐振现象的广泛应用，又进一步推动生产力的发展，所以称电工学发展的第三个阶段。 
    在第三阶段中，人们还停留在感性认识阶段，只知道电路谐振现象有用处，不了解电路谐振时是否产生能量？这就产生一个大矛盾——电路谐振现象不产生能量，为什么会有利用价值？从能量守恒定律方面分析：负载做功是由能量转变的，如果电路中的电能不增大，负载做功为什么会增加呢？电容器补偿无功功率与电路谐振是什么关系呢？有许多问题找不到答案。 |电厂锅炉、汽轮机、电气、水处理等热电行业技术交流
如果利用反思的方法，去分析研究以上的矛盾，就会得出异想不到的结果。即：发现无功功能做功，电路谐振时产生能量。从理论上说明电路谐振的本质，使书中理论与实践的矛盾都迎刃而解了，这就是从感性认识发展到理性认识。

二、电工学中的两种不同的学说 热电技术联盟

世界上的一切事物都是互相联系的，在电工学中，因为对无功功率认识不同，就产生不同的学说：
1、有功功率中心学（主要观点） |电厂锅炉、汽轮机、电气、水处理等热电行业技术交流

（1）无功功率不消耗能量与它产生电压降的矛盾 5J5l-k%^L7Kj6y
在电工书中，认为无功功率不消耗电能，也不能做功；就产生一个“有功功率中心说”。在当代电工书中虽然没有这个提法，这个名词，但实际上就是这个观点。
（2）不同负载利用相同公式计算与实践相矛盾 |电厂锅炉、汽轮机、电气、水处理等热电行业技术交流在交流电功率中，书中讲的三种电功率，否认了其中的两个，无功功率和视在功率都没有实际意义。人们把有功功率当成总电能，认为电能做功都是由有功功率转变的。电功率计算公式只有一个，这就是：P=IUCOSФ。
如果利用此计算公式计算，电动机转子中的导体就应利用电阻大的材料，因为电阻越大有功功率因数越高。但在实践中电动机转子中的导体是利用电阻小的材料，产生理论与实践的矛盾。
（3）电路谐振不产生能量与电路谐振现象的广泛应用相矛盾在“有功功率中心说”中，不承认电路谐振时产生能量，但在实践中还要利用电路谐振现象，不难看出不产生能量与电路谐振现象广泛应用是矛盾的。
因为“有功功率中心说”存在着理论与实践的矛盾，实践是客观的，不是由人们的意识能改变的，要想达到理论与实践的统一，就必须提出新的理论。

2、视在功率中心说（主要观点）

（1）有电压降就有能量消耗
从无数实践中得知：在交流电路中存在的感抗和阻抗是消耗电能的主要原因，因感抗是客观存在的事物（它不是虚数）所以它产生电压降，电压降就是消耗能量的根据，无功功率有实际的量纲存在，它的存在对其它事物产生影响，对电源来说它消耗电能，对负载来说做功大小与无功功率的变化有关系；通过对实践现象的分析，产生一个“视在功率中心说”。在当代电工书中虽然也没有这个提法，也没有这个名词，但它是从实践中总结出来的，是一个新事物。在交流电功率中，书中讲的三种电功率，都有它的实际意义。

（2）不同负载利用不同公式计算
根据功率三角形中分析：视在功是三角形的斜边，它可以代表整体，是有功功率与无功功率的矢量和，可以代表“总电能”。有功功率和无功功率分别是三角形的一个直角边，它们都是代表部分，部分不能代替整体，有功功率不能代表总功率。
因为电能做功时需要的能量不同，主要做功功率也不同。需要热能做功时，利用有功功率公式计算。P=IUCOSФ；如果利用磁埸能做功，在设计时就选择无功功率公式计算。
在电动机转子中，因为有功功率也产生磁埸，在计算做功功时就要利用视在功率计算。电功率总公式为：P=IU。此公式对纯电阻负载（电感=0）也适用。

（3）因为电路谐振时产生能量，所以才有利用价值
在交流电路中，负载做功是由能量转变的。如果电路谐振时，不产生能量就不会在实践中得到应用。现在电路谐振现象能得到广泛的利用，说明它一定会与能量有关系，电路谐振时产生能量的观点与它在实践中的应用是相符合的。

三、有功功率中心说与视在功率中心说的共同点
两种学说观点虽然不同，但也存在着相同之处。因为“有功功率中心说”是“视在功中心说”的基础，“视在功率中心说”是“有功功率中心说”的发展，因此两个学说有共同点。 热电技术联盟

1、在交流电路中的电阻、电流和电压计算公式是一样的，也就是说，当代的电工书中的电阻、电流和电压计算公式，没有错误，都是符合实践的。
2、在交流电功率计算中，功率三角形的计算公式是一样的，在设计时电阻或电感负载选择的材料是相同的。纯电阻负载用电阻大的材料，电感负载用电阻小的材料。
3、无功功率是客观存在的事物，电路谐振时电流或电压增大的现象是公认的。
4、电路谐振现象的应用，观点也是一样的。在当代人们虽然不承认电路谐振时产生能量，但对电路谐振现象的应用是大力提倡的，尤其是对电力系统中，利用电容器补偿无功功率方面观点是相同的。
四、有功功率中心说与视在功率中心说的不同点
同一事物有两种不同的观点，哪种观点是正确的呢？俗话说：“不怕不识货，就怕货比货”。因为实践是检验真理的唯一标准，哪种理论符合实践现象，能反映实践的本质，哪种理论就是真理。
1、 在纯电感负载中，对瞬时的平均功率计算不同 
（1）有功功率中心说：
认为瞬时平均功率，等于瞬时功率代数和的平均值。①因为书中讲的是纯电感电路，假设纯电阻为零，瞬时功率是无功功率的瞬时值，如果说是有功功率为“零”，是所问非所答。②如果是无功功率瞬时平均功率为“零”，此种计算与无功功率量纲的存在相矛盾。
（2）视在功率中心说：
根据无功功率是客观存在的事实，并且能测量出它的大小，瞬时平均功率不会等于“零”。瞬时平均功率应等于瞬时功率绝对值和的平均值，此种计算与实践相一致。

2、对电流与电压的相位差，认识不同
（1）有功功率中心说：
书中把宏观功的计算公式，应用在交流电功率计算当中，其公式为：P＝IUCOS∮；按此公式计算，无功功率无量纲。在纯电感负载中：P=S=0，不符合事实。 热电技术联盟   

（2）视在功率中心说： |电厂锅炉、汽轮机、电气、水处理等热电行业技术交流
因为时间角度与空间角度不同，力与物体运动方向空间夹角90度时，力不做功；力与物体运动时间夹角90度时力能做功。①因为电压与电流空间夹角为0度或180度，所以一半时间做正功，一半时间做负功；②因为做正功与做负功的时间不同，不能互相抵消，特别是当负载做正功时，电源电压变成了负载做了负功。③从总电路方面分析：在交流的电路中任何瞬间，负载没有减少，电压没有增加。因为负载是做功的，电源一半时间做负功是因有电感负载引起的，所以就应当把电感做的正功当成是电源做的功，把电源做的负功当成负载做的负载，在计算时利用瞬时功率绝对值计算。④电阻与电感好比宏观空间夹角为90度的两个分力，它们合力的功等于两个分力功的矢量和，计算公式为： S2＝P2＋Q2；
3、对发电机的原理认识不同：
要想知道发电机和电动机原理，首先必须认识电与磁的关系，从实践中得知：①电与磁它们是同时存在同时消亡；②电路被磁埸包围（通电导体周围存在着磁埸），磁路被电埸包围（交变磁埸周围存在着电埸）；③在电感线圈中（或导体中）两个方向互相垂直，好比地球的经纬线一样；④电路可以传递磁埸能，磁路可以传递电埸能。⑤电埸与磁埸是不同事物，不能直接转化，只能间接转化；⑥电能与磁能互相转化是通过埸来进行的。⑦电流做功必须是通路，磁能做功必须是断路。

（1）有功功率中心说：
发电机的原理是闭合导体切割磁力线产生电流。在学校时老师做的试验就是这样做的，我们也确信不疑。当我们分别利用铁磁材料和非磁材料做成两个小发电机，试验结果是：用铁磁材料做的转子，发出的电很多；用非磁性材料做的转子发出的电极少。
为什么用铁磁材料做的转子，导体切割不到磁力线，磁力线从铁心中通过，能产生电流。而非磁性材料的导体真正能切割磁力线，可是不产生电流呢？这里面一定有一个人们不知道的“秘密”，书中理论与实践是相矛盾的。
（2）视在功率中心说：

①电埸与磁埸是不同事物，不能直接转化，只能间接转化；②电子运动方向与磁力线方向在空间相差90度，力不能做功。
此观点是否正确呢？还必须再用实践现象去检验：在变压器中，输出的导体（线圈），在铁心的外边，没有磁力线，更切割不到磁力线，为什么能产生电流呢？是因为在变压器的铁心周围存在着交变的电埸，电埸具有能量，对自由电子可以做功。
通过对实践现象的分析得出结论：发电机导体中的电流是交变电埸感应的，是交变电埸力作用的结果。书中讲的导体切割磁力线产生电流，是事物的假象，在发电机中可以讲得通，但在变压器中就讲不明白了。
4、对异步电机的转动原理认识不同：

（1）有功功率中心说：
异步电动机转子转动原因，是通电导体在磁埸中受力作用产生的。书中认为：在转子中消耗的有功功率，电流与电压同相位，产生的两个磁埸互相成90度角，能产生转矩；在转子中消耗的无功功率，电流与电压相差90度时，产生的两个磁埸相反轴线重合，不产生转矩，只产生去磁作用。 如果只从表面看，书中观点是有一定道理的，所以一直认为是真理，特别是此种观点是否认无功功率能做功最主要的证据。
因为一切事物都不是孤立存在的，如果无功功率在异步电动机中不产生转矩，理论与实践或理论与理论之间就产生了矛盾。
①书中讲有功功率产生的两个磁埸互相垂直产生转矩，与书中讲的相量图和两个电流方向相反相矛盾，与书中讲的定子的磁动势方向与转子相反不符合。
②书中讲负载实际做功的功率等于转子中的有功功率，减去铜损和机械损耗。从计算式中分析：有功功率与铜损大小是一样的，因为有功功率计算公式与铜损公式一样，即 P=I2R ，就又产生轴功率与铜损相矛盾。 |电厂锅炉、汽轮机、电气、水处理等热电行业技术交流r L3_
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③有的人说转子中的轴功率是附加阻抗消耗的电能产生的。
从实践中分析，附加阻抗是为了用不转时的参数，计算出转子旋转时的电流和功率因数的大小。计算中时等式两边分别除以转差率，设转差率S=0.05 ， 则转子电动势增大20倍，转子中的总阻抗必须同时增大20倍，即R2改为R2/S[在转子的回路中串联了一个电阻（R2/S-R2）=（1-S）R2/S]，后增加的电阻（1-S）R2/S称为“附加电阻”。
不难看出附加电阻是虚拟的，它是一个真正的虚数，转子中的漏电抗增大20倍后，变成了不转时的电抗，电抗不是虚数，有的书中称“旋转因子”。从转子旋转时的电压方程式中看，E2S=I2S（R2+jx2s）（式中全是矢量，2S表示转子旋转时的参数），不包括附加电阻的电压降。利用附加电阻计算结果，不改变旋转时的电流大小和有功功率因数值还有的人说，转子中的电动势产生机械转矩，这就更不符合事实了。书中承认略去其它损耗时，定子中产生的电动势与转子中的电动势相等即：E1=E2 （矢量） ，转子电动势是传递能量的，转子中的阻抗才是消耗能量的，只有消耗能量，才能转变其它能量。
（2）视在功率中心说：
无功功率在电动机中是否能做功，是很难测量出来的，要说明异步无功功率在电动机中能做功，就要分别分析它在各种负载中的作用。

①无功功率在电流表中能产生转矩
过去外国人瓦特通过研究壶盖动的原因，发明了蒸汽机。当代中国人通过研究无功功率在电表中能产生转矩的现象，是否可以了解无功功率能做功呢？电流表虽小说明问题很大，电表好比是一个微型电动机，电动机好比是一个巨型电表。无功功率在电流表中能产生转矩，推理在异步电动机中也能做功。
②在电信技术中，调谐电路具有选择信号的能力 热电技术在调谐电路中，信号中的有功功率大小不能改变，无功功率可以增大几十倍，调谐电路能选择信号，是无功功率增大产生的，说明无功功率能做功和代表能量。

③无功功率在变压器中是否能进行能量转换

从实践中得知，无功功率能产生空载电动势，并且输入电流的相位与输出电流的相位相反；当变压器输出无功功率时，输入的也是无功功率。说明无功功率在变压器中能进行转换，此问题就是证明无功功率能做功。
④异步电动机中的转矩是两个磁埸互相作用的结果
A、异步电动机中定子和转子绕组产生的两个磁埸与变压器有相同之处，定子中的电流大小和相位是由转子中的电流和相位决定的，定子中的电流和转子中的电流方向相反，它们产生的两个磁埸方向也相反（书中也承认的）。
B、有功功率产生的两个磁埸，定子与转子磁埸不是互相差90度，它们与无功功率产生的两个磁埸一样，方向相反轴线基本重合，详见书中讲的矢量图。因为有功功率和无功功率产生的两个磁埸相对位置是一样的，有功功率能做功，无功功率也能做功。

C、定子中的磁场（磁极）不是合成磁埸，合成磁埸是由定子和转子共同产生的，它对转子不能产生转矩（自己不能对自己做功），作用力与反作用力必须分别作用在两个物体上。 +(u4A%N%h/j
D、定子中的电流产生的磁埸相对定子是旋转的，转子电流产生的磁场相对转子是不动的，因两个磁埸方向相反，互相吸引产生磁拉力，定子中的旋转磁埸带动转子旋转。电动机转矩与转子中消耗的视在功率成正比。 热电技术联盟N

E、电动机做功是磁能做的功，电能只是起着传递能量作用 磁动势大小与电流和匝数成正比与电流和电压的相位无关。因为转子中的电磁功率计算公式Q=IUSin∮,无功功率是做功的（无功功的大小与磁性材料是有联系的）。
必须了解电动机转子做功大小，除了与转子电流、导体匝数有关外，还与铁心的磁导率有关。锰锌铁氧体相对磁导率为6000。非磁性材料磁通与磁势成正比，是线性关系；磁性材料是非线性关系，存在着磁饱和。所以当电动机转子中电流增大，转矩增大也不是线性关系，此现象不是有功功率因数降低产生的，是磁性材料性质（磁阻增大）决定的。
在转子中的有功功率虽然是有害的，但在产生热量的同时也产生磁埸，所以转子中的转矩是有功功率和无功功率共同产生的。

5、从实践上看，无功功率在电动机中是否能做功
（1）有功功率中心说：
不承认无功功率做功的事实，但在实践中利用无功功率产生的旋转磁埸，理论与实践不相同。例如：
①单相异步电动机：没有起动绕组不能起动，安装电容器起绕组后得到一个旋转磁埸，旋转磁埸是由视在功率产生的，说明无功功率能做功。 b6_+NT;W5a LS
②反应式同步电动机：转子中没有励磁电流，完全由定子来产生磁埸，在定子磁路中有一个短路铜环，主要作用是产生旋转磁埸，转子是凸极式的。不难看出转子转动是旋转磁埸做的功，旋转磁埸与视在功率成正比，说明无功功率也做了功。
③异步电动机利用电容器节电：许多人认为是假的，是测量的不准确。如果在大电网中的小负载，节约的有功功率可能测量不出来。但在负载与电源容量相等或大于电源时，利用电容器补偿无功功率时，就可以测量出节约的有功功率。

（2）视功功率中心说： L4P1kh8x
①在同步电动机中，电动机转矩不是与有功功率成正比

鞍山钢铁学院做的试验记录是：当同步电动机在欠励或过励运行时，有功功率略有增大，实验中最大值1690W，正常时为1400W，相差10%左右。哈尔滨机电专科学校教授来信说：“看了节电之谜我们很感兴趣，请教几位老师并一同做试验，确实发现了类似现象，同步电动机调节励磁电流，有功功率确有变化，对此我们也很疑惑，现在正进行理论分析。”
在同步电动机中，当电源与负载恒定时，调整励磁电流的大小，发现消耗的有功功率多少不同，说明无功功率能做功。
②在异步电动机中并联电容器节约电能

1994年《鞍钢信息》报导，大连钢厂在154KW异步电动机上安装电容器，功率因数提高0.1-0.15，半年节电3.2万KWH，效益1.6万元。1995年《鞍钢日报》报导，鞍矿公司齐矿在19台电铲中安装电容器，节电18％, 一年节电费28万元；据本单位人讲，安装电容器前启动需要2分多钟，安装后不到1分钟。
③小试验说明大问题
鞍钢井下铁矿做的试验，在不标准的小型变压器原线圈中（电源电压和输出电压没测量），并联可变电容器，在二次输出端接60W灯泡，试验结果是：当电容调到最小时灯泡不太亮，一次电流为0.32安，二次电流为0.5安；当电容调到适当容量时，灯泡亮度增加，一次电流减少到0.25安，二次电流增加到0.6安。
补偿的是无功功率，输出增加的是有功功率，按照能量守恒定律分析，就是一种“怪现象”。但此现象是客观存在的事实，不能因为不理解，事实就不存在。按照视在功率中心的观点，因为输入变压器中的电流增加（在两个电池并联后，比一个电池时输出的电流增多），输出的电压提高，所以输出的有功功率也增大。
说明：此试验必须在负载大于或等于电源容量时，效果才明显。如果负载容量小于电源容量很多时，就不能产生这样的结果。
在鞍钢井下矿加工车间的小电网中，锻工班有2台较大的异步电动机，当电动机起动的瞬间，电路中的电压降很大，并联所有的电灯光由白变红，小型的异步电动机转速减慢，这说明电源电压是否稳定对负载做功是一个关键。
6、发电机与电动机产生转矩的认识不同

（1）因为发电机输出无功功率时不产生反转矩，所以就认为电动机的转矩都是有功功率产生的。无功功率在电动机中不能做功。从表面分析，书中观点符合逻辑，但从实践中看，不符合事实。

（2）视功功率中心说：
因为发电机和电动机产生转矩的原因不同，主要矛盾也不同，其情况是：

①发电机是机械能带动转子旋转的，在定子中和转子中的两个磁埸相对位置，是由输出电功率决定的。当输出有功功率时，两个磁埸方向互相垂直，产生反转矩。当输出无功功率时，两个磁埸方向相反，只起去磁作用，所以不产生转矩。
②在电动机中的转矩是定子磁埸与转子磁埸互相作用产生的。定子中的磁埸相对定子是旋转的，转子中的磁埸相对转子是不动的，定子中的磁埸与转子中的磁埸方向相反，互相吸引产生磁拉力，定子中的旋转磁埸带动转子旋转。因为定子输入什么功率是由转子决定的，有功功率和无功功率产生的两个磁埸相对位置是一样的，所以有功功率能做功，无功功率也能产生转矩。无功功率在测量有功功率和电能时不产生转矩，是人为造成的，此事不能做为否认无功功率能做功的根据，有功功率在测量无功功率大小时也不产生转矩，也不能说有功功率不能做功。
7、对有功功率因数和品质因数物理意义认识不同

（1）有功功率中心说：
①有功功率因数：它是代表能做功的功率因数，在电感负载中认为有功功率因数越高越好，当电感负载并联电容器后，从总电路中输入的电流减小，书中认为是有功功率因数增加的结果。
②电路谐振时的品质因数；书中认为是计算电流或电压变化的参数，不能代表能量的变化。

（2）视功功率中心说：
①有功功率因数：在电感负载中它是计算消耗有功功率多少的功率因数，在电感负载中认为有功功率因数应当适当，当电感负载并联电容器后，从总电路中输入的电流减小，有功功率因数提高是一种表面现象，实际是有“内电动势”产生的的结果。

②电路谐振时的品质因数；是计算电流或电压变化的参数，也能代表能量的变化。
五、电路谐振现象是怎样产生的？

电路谐振现象与物理学中讲的共振、共呜一样，如果没有能量增加，现象就不会出现。电路谐振现象是电路中能量增大的表现，电路中的能量增大是产生电路谐振现象的原因。
对于电路谐振现象的产生原因虽然书中讲的很多，但都没有利用能量的观点去分析，也没有利用力学理论去研究，因此当代人们只知道利用电路谐振现象，不了解电路谐振现象与能量有什么关系？更不知道电路谐振时产生能量？通过对无数的实践现象的分析，对此问题看法如下：
1、改变物体运动状态必须有外力作用 热电技术联盟

从实践中得知，电子运动与宏观点物体运动一样，存在着惯性，要改变它的运动状态必须有外力作用，物体运动的加速度与力的大小成正比。

在交流电路中的电流，是自由电子在电埸力的作用下产生的，电流大小与电埸强度成正比，与宏观力做功的情况相同。
2、反作用力性质不同转变能量不同
（1）在宏观力学中讲，力虽然有很多种，但从力对物体运动关系中只分两种：作用力和反作用力。在反作用力中根据力的性质，又分两种：①磨擦力：是一种耗散力，作用力对磨擦力做的功，转变为热能，此功率不能补偿，称为“耗