如何理解有功功率与无功功率?

横泽隆史

如何理解有功功率与无功功率?

答:在电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的,它们在能量转换过程中建立交变磁场,在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗,仅在用电负荷与电源之间往复交换,由于这种交换功率不对外做功,因此称为无功功率。无功功率反映了内部与外部往返能量交换的情况。

无功功率在电网中并不是没有任何作用的,反而它的作用很大,电动机需要从电源吸收无功功率来建立和维持旋转的磁场以使其正常运行,变压器需要无功功率通过一次绕组建立和维持交变磁场才能在二次绕组中感应出电压。因此,电感性用电设备不但需要从电源取得有功功率,还必须从电源取得无功功率才能满足运行需求。

而在电网中有功功率即为实际消耗掉的电源能量,用电设备将电源的能量通过各种方式转换成了光能、机械能、热能等其他形式的能源。

从微观波形上来讲交流电源的电压和电流都是正弦波形曲线,当电压和电流相位角不相等时在一个周期内的电压和电流的乘积有可能为正也有可能为负,电压和电流乘积为正即为吸收电网的功率,乘积为负即为对电网发出功率。

在这样的电路中电压或电流的一个周期中吸收电网的总功率视为有功功率,而对外发出的功率视为无功功率。当电压和电流相位角相差90°时,在电压或电流的一个周期内吸收的功率和发出的功率相等,也就是说周期内吸收的总功率为零,这种负载即视为纯感性或纯容性负载。



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电流在导体上运行会出现一些损耗,任何作为毒品的金属都有一些电阻率,而这个电阻率肯定要消耗一些电能。

我们可以把这些线路损耗,称之为无用功,但他不可能没有,就像是我们提着水桶去送水,而水是99公斤,桶是一公斤,人所付出的能量,其中就有1%的无用功。

但是更大的时候,是在有用功和无用功之间的功率因数,一般功率因数都体现在变压器上,或者感性负载,或者是容性负载,而容性负载在现实生活当中,并不多见。

而这个功率因素一般在0.8到9.5之间。

最常见的是主性负载,和损耗较大的感性负载,这感情不咋样,包揽了我们生活当中的各个领域,凡是能转动的,都是感性负载。

这个有用功,是指直接作用在工作的物体上,所耗的电能,而无用功是输送电能的一个载体,工作当中消耗的一部分能量。

特别是人们使用的感性负载,包括变压器,它们的电的输送,电压与电流,会呈现出某个角度,也就是说,在感性负载当中,电流,要落后于电压
一个角度,而容性负载的恰恰相反,电压落后电流一个角度。所以人们为了避免这种损失,在感情不在上,拼命的用电容做补偿,但这种补偿是有一个限量不可无限的加大。

而无用功虽然是在损耗之内,但不可能没有,更不可能为零,如果谁要在推销家电的时候,自吹自擂,说他的公因数是1,也就是说,无功损耗是零,那么他是在说220的话,根本不懂电工常识。


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在电力系统的负载可以细分为3种类型:

第一种: 电阻性负载,电压与电流同相位,即它们的相位为0,功率P=I*U*Cos0=I*U*1=IU(W)

第二种: 电感性负载,在交流电压正半周时充磁,吸收能量,在交流电压负半周时,产生感应电流,向电网释放能量。电流滞后电压90度相位角,

功率P=I*U*Cos90=I*U*0=0(W)

第三种: 电容性负载,在交流电压正半周时充电,吸收能量,在交流电压负半周时放电,向电网释放能量。电流超前电压90度相位角,

功率P=I*U*Cos(-90)=I*U*0=0(W)

电感性负载与电容性负载,虽有电流,但是相位角是正或负90度,均不会消耗电网的功率。我们就把流过电感或电容的电流与电压的乘积,称为无功功率。对应的电阻性负载消耗的功率就叫做有功功率。

在电力系统里,存在大量的电感性负载,如变压器、马达等,它虽然不消耗电网的有功功率,但是却会使电网的电流增大,从而使线损、变损增大。电感性负载的电流与电容性负载的电流,相位角刚好相差180度,可以利用这一特性,在变压器低压侧并联电容器,来抵消电感性负载消耗的无功功率。


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看到这么多专业的家伙回答,动不动就搬出术语,我想知道有几个人能看懂?

好吧,哥说点容易明白的。

先说什么叫做无功功率。

无功功率其实就在有功功率之前。

说明白一点就是一台电动机启动,并不是你一开电它就能满速旋转,因为电动机内部的线圈需要很大的电流来产生电磁力推动自身。

所以开点那一瞬间会拉低电网的电平,导致电网电压,电流下降,直到电动机启动完毕正常运转。

电动机需要那么零点几秒到一秒钟启动,这部分电力却没做出任何功率出来统称无用功。

那么有人问,尼玛的不久零点几秒功夫,供电局需要这么抠吗?

无用功损害很大,倘若没有补偿,想想一个城市多少电动机,多少空调洗衣机?

所以一般小区的配电柜里供电局都会配备补偿电容。这七八个拳头大的补偿电容就是准备给小区家庭安装的空调,洗衣机启动时做补偿使用。

有用功就不用说了,正常启动之后的电动机做的就是有用功。


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在交流电路中:电路中为纯电阻时,全部为有功功率,无功功率为零;电路为纯感性时,变化的电流转换为变化的磁场,变化的磁场又转换为变化的电流,如此形成循环能量,电路中有电流但并不做功,电路全部为无功功率,有功功率为零;电路为纯电容时,交流电不断改变方向和大小,使电容器不断充电和放电,形成循环电流,电路全部为无功功率,有功功率为零;在混合电路中,视在功率(总功率)=有功功率+无功功率,有功功率÷视在功率=功率因数,有功功率为实际消耗的功率,无功功率是电路中的循环能量。为了减少感性负载的无功功率,采用并联电容来减小无功功率,提高功率因数。


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有功功率电压和电流基本同步,根据功率公式:功率=电压X电流可轻松得出耗电量。无功功率电压与电流相位相差90度,电压最高时电流为零,电流最高时电压为零,你让电业局怎么计算功率和耗电量,电耗掉了收不上钱来。

所以用电规定功率因数不得低于0.9,否则会罚款的。


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