3.1.1 什么是平均值和有效值?
1.平均值
平均值和有效值(又稱為均方根值 Root Mean Square, RMS)通常用于描述周期信號(hào)的幅度,這里的周期信號(hào)可以是電壓、電流、功率和其他物理量。因此,能夠得出周期性電流波形在每個(gè)周期內(nèi)的平均值(稱為平均電流,在穩(wěn)態(tài)時(shí)保持不變),表示為

帶電粒子(電子)越過勢(shì)壘(電壓)時(shí)做功或耗能,所消耗能量的基本公式為?

其中,Q 是電荷量,V 是電勢(shì)差或電壓。
根據(jù)定義,功率(或損耗)就是每秒的能量,電流是每秒流過導(dǎo)體的電荷量。由此可得

因此,瞬時(shí)功率是時(shí)間的函數(shù),定義如下

所以,針對(duì)周期性的 v(t) 和 i(t) 信號(hào),在一個(gè)周期內(nèi)的平均功率為

由上述電流平均值和功率平均值的計(jì)算方法可知,針對(duì)周期為 T 的周期性信號(hào) a(t)(可以是電壓、電流、功率或其他物理量),其平均值計(jì)算公式如下:

其中,a(t) 是周期信號(hào)的瞬時(shí)值,T 是該周期信號(hào)的周期。
2.電流的有效值
電流的有效值是根據(jù)熱效應(yīng)確定的。分別使用交流電流 i 和直流電流 I 通過相同阻值的電阻 R,如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間(假如該“相同的時(shí)間”為一個(gè)周期 T )內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等,就把該直流電流值叫做該交流電流值的有效值。
那么,是否能夠根據(jù)上述針對(duì)電流有效值的定義或描述推導(dǎo)出其計(jì)算公式呢?答案是肯定的。
首先,在一個(gè)周期 T 內(nèi),直流電流 I 通過電阻 R 產(chǎn)生的能量損耗為

然后,同樣在該周期 T 內(nèi),交流電流 i 通過電阻 R 產(chǎn)生的能量損耗為

令 E_1=E_2 得

因?yàn)殡娮瑁ㄗ柚担㏑ 是相同的,所以解出 I 的表達(dá)式為

上式就是根據(jù)定義推導(dǎo)出的電流有效值或均方值的計(jì)算公式(所以直接用 I_RMS 表示)。
同理,針對(duì)周期為 T 的周期性信號(hào) a(t)(可以是電壓、電流、功率或其他物理量),其有效值通過如下公式計(jì)算:

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