【電子技術(shù)】有功功率與無功功率的理解分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-01-25
在交流電路中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種：一種是有功功率，一種是無功功率。電壓電流同相位，電源向負(fù)載供電，負(fù)載把電能轉(zhuǎn)換成其他能量，叫有功。
電壓電流不同相位部分，電源與負(fù)載之間交換電能，這部分(除線路損耗外)電能不轉(zhuǎn)換(電磁以外的)成其他能量，叫無功。
有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機(jī)械能、光能、熱能)的電功率。比如：5.5千瓦的電動(dòng)機(jī)就是把5.5千瓦的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動(dòng)水泵抽水或脫粒機(jī)脫粒;各種照明設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換為光能，供人們生活和工作照明。有功功率的符號(hào)用P表示，單位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。
有功功率:在交流電路中，電源在一個(gè)周期內(nèi)發(fā)出瞬時(shí)功率的平均值(或負(fù)載電阻所消耗的功率)，稱為"有功功率"。有功功率過低導(dǎo)致線損增加、容量下降、設(shè)備使用率下降，從而導(dǎo)致電能浪費(fèi)加大。
電網(wǎng)中的感性負(fù)載(如電機(jī)，扼流圈，變壓器，感應(yīng)式加熱器及電焊機(jī)等)都會(huì)產(chǎn)生不同程度的電滯，即所謂的電感。
感性負(fù)載具有這樣一種特性 -----即使所加電壓改變方向，感性負(fù)載的這種滯后仍能將電流的方向(如正向)保持一段時(shí)間。一旦存在了這種電流與電壓之間的相位差，就會(huì)產(chǎn)生負(fù)功率，并被反饋到電網(wǎng)中。電流電壓再次相位相同時(shí)，又需要相同大小的電能在感性負(fù)載中建立磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)反向電能就被稱作無功功率。
定義：在具有電感或電容的電路中，在每半個(gè)周期內(nèi)，把電源能量變成磁場(chǎng)(或電場(chǎng))能量貯存起來，然后，再釋放，又把貯存的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))能量再返回給電源，只是進(jìn)行這種能量的交換，并沒有真正消耗能量，我們把這個(gè)交換的功率值，稱為" 無功功率"。
無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊７彩怯须姶啪€圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗無功功率。
比如40瓦的日光燈，除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來發(fā)光外，還需80乏左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場(chǎng)用。由于它不對(duì)外做功，才被稱之為“無功”。無功功率的符號(hào)用Q表示，單位為乏(Var)或千乏(kVar)。
無功功率過高的缺點(diǎn)：
1)無功功率會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致系統(tǒng)容量下降;
2)無功功率增加，會(huì)使總電流增加，從而使設(shè)備和線路的損耗增加;
3)使線路的壓降增大，沖擊性無功負(fù)載還會(huì)使電壓劇烈波動(dòng)。
配電網(wǎng)中的電感性電氣設(shè)備如變壓器、電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、空調(diào)器、洗衣機(jī)、電冰箱、鈉燈、日光燈等投入運(yùn)行后，不僅要從電力網(wǎng)中吸收有功功率用于做功，而且還要吸收無功功率建立磁場(chǎng)，這樣就導(dǎo)致電力客戶的自然功率因數(shù)一般都比較低。我國對(duì)電力客戶的用電，規(guī)定了必須達(dá)到的功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無功功率建立的。
變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合。
為了形象地說明這個(gè)問題，現(xiàn)舉一個(gè)例子：農(nóng)村修水利需要開挖土方運(yùn)土，運(yùn)土?xí)r用竹筐裝滿土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是無功功率，竹筐并不是沒用，沒有竹筐泥土怎么運(yùn)到堤上呢?
在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場(chǎng)，那么，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。
無功功率對(duì)供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：
(1)降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。
(2)降低輸、變電設(shè)備的供電能力。
(3)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。
(4)造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。
從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線供給的無功功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率，以保證用戶對(duì)無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置的道理。
1、單位不同
有功功率交流電的瞬時(shí)功率不是一個(gè)恒定值，以字母P表示，單位瓦特。而無功功率指的是為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率，單位是千乏，用Q表示。
2、電流不同
有功功率過低導(dǎo)致線損增加、容量下降、設(shè)備使用率下降，從而導(dǎo)致電能浪費(fèi)加大。無功功率會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致系統(tǒng)容量下降。
3、計(jì)算公式不同
有功功率P=IUCOSφ，實(shí)有功功率P、無功功率Q、視在功率S就是一直角=形的三條變，S為斜邊，P、Q為兩直角變，P、Q就是把S正交分解出來的兩個(gè)分量，P^2+Q^2=S^2 (勾股定理)。功率因數(shù)就是P/S，也就是cosθ, 0就是相角，即電壓與電流之間的角。無功功率=I*U*sinφ。
注意事項(xiàng)：
當(dāng)負(fù)載電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流線圈的電阻時(shí)，應(yīng)采用電壓線圈前接法。這時(shí)電壓線圈的電壓是負(fù)載電壓和電流線圈電壓之和，有功功率表測(cè)量的是負(fù)載功率和電流線圈功率之和。如果負(fù)載電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流線圈的電阻，則可以略去電流線圈分壓所造成的影響，測(cè)量結(jié)果比較接近負(fù)載的實(shí)際功率值。
當(dāng)負(fù)載電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電壓線圈電阻時(shí)，應(yīng)采用電壓線圈后接法 。這時(shí)電壓線圈兩端的電壓雖然等于負(fù)載電壓，但電流線圈中的電流卻等于負(fù)載電流與有功功率表電壓線圈中的電流之和，測(cè)量時(shí)功率讀數(shù)為負(fù)載功率與電壓線圈功率之和。由于此時(shí)負(fù)載電阻遠(yuǎn)小于電壓線圈電阻，所以電壓線圈分流作用大大減小，其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響也可以大為減小。
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