電氣人必看：無(wú)功功率真的無(wú)用嗎？

接觸過(guò)交流電的，我想，對(duì)“無(wú)功”這個(gè)詞都不陌生吧？想必大部分從業(yè)電氣行業(yè)多年的電氣人員都非常清楚，但是對(duì)于一個(gè)剛剛進(jìn)入電氣行業(yè)的新人來(lái)說(shuō)就可能摸不著頭腦了。

今天，小編就來(lái)給大家捋捋“無(wú)功”的那些細(xì)枝末節(jié)吧。

定義、計(jì)算公式

在電網(wǎng)中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種：一種是有功功率，另一種是無(wú)功功率 。

有功功率P(單位W)：

直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/1472/" target="_blank">機(jī)械能、熱能、化學(xué)能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱(chēng)為有功功率。

例如：

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)。

無(wú)功功率Q(單位Var)：

“無(wú)功功率”一般則難于理解，它僅存在于交流電中，直流電不存在無(wú)功功率的問(wèn)題。

它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。由于它對(duì)外不做功，才被稱(chēng)之為“無(wú)功”。

為了形象地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)舉一個(gè)例子：農(nóng)村修水利需要開(kāi)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(wú)功功率，竹筐并不是沒(méi)用，沒(méi)有竹筐泥土怎么運(yùn)到堤上呢?

視在功率S（單位VA）：

視在功率是表示交流電器設(shè)備容量的量。

等于電壓有效值和電流有效值的乘積。視在功率是有功功率和無(wú)功功率的矢量合。

視在功率體現(xiàn)的是一個(gè)供電電源的實(shí)際輸出能量的能力。視在功率越大，該電源的驅(qū)動(dòng)能力也越大。

?計(jì)算公式

視在功率：S=UI

有功功率：P=UIcosΦ

無(wú)功功率：Q=UIsinΦ

三者之間的關(guān)系

首先我們先介紹一下功率因數(shù)。

自從特斯拉先生將世界帶入交流電時(shí)代之后，我們就多了一位新朋友----功率因數(shù)，功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，有些用電設(shè)備的功率因數(shù)=1，有些則＜1。

在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱(chēng)為功率因數(shù)cosφ，其計(jì)算公式為：

即cosφ（功率因數(shù)）=P/S。

S（視在功率）P（有功功率）Q（無(wú)功功率）之間有個(gè)功率三角形的關(guān)系（如下圖）。

我們可以把三種功率畫(huà)成功率三角形，兩個(gè)直角邊分別表示有功功率和無(wú)功功率，斜邊表示視在功率，可得出S2=P2+Q2。

功率因素可以理解為變壓器（交流電源）的利用率，范圍在0–1之間。

純電阻，cosφ=1；

純電容、純電感cosφ=0；

RL、RC、RLC電路cosφ是個(gè)小數(shù)。

人們采用功率因數(shù)的概念來(lái)表述電能的利用率。功率因數(shù)越接近1，說(shuō)明有功功率的占比高，電能的利用率高；反之，功率因數(shù)越接近0，說(shuō)明有功功率的占比低，電能的利用率則低。為了提高電能的利用率，就提出了“無(wú)功補(bǔ)償”的概念。

無(wú)功功率的分類(lèi)

無(wú)功功率可以根據(jù)其產(chǎn)生方式和特性進(jìn)行分類(lèi)，主要包括以下幾種：

感性無(wú)功：這是由電感產(chǎn)生的無(wú)功功率。當(dāng)電流矢量滯后于電壓矢量90°時(shí)，就產(chǎn)生了感性無(wú)功。常見(jiàn)的感性無(wú)功源包括電動(dòng)機(jī)、變壓器線圈、晶閘管變流設(shè)備等。

容性無(wú)功：容性無(wú)功是由電容產(chǎn)生的無(wú)功功率。當(dāng)電流矢量超前于電壓矢量90°時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生容性無(wú)功。常見(jiàn)的容性無(wú)功源包括電容器、電纜輸配電線路、電力電子超前控制設(shè)備等。

基波無(wú)功：基波無(wú)功是與電源頻率相等的無(wú)功功率。在電力系統(tǒng)中，基波無(wú)功通常與電源頻率（如50HZ）相對(duì)應(yīng)。

諧波無(wú)功：諧波無(wú)功是與電源頻率不相等的無(wú)功功率。在某些特定的電力系統(tǒng)中，如二極管整流器帶容性負(fù)載電路中，諧波無(wú)功可能會(huì)特別顯著。

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(wú)功功率建立的。

變壓器也同樣需要無(wú)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(méi)有無(wú)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。

所以無(wú)功功率并非無(wú)用功，它實(shí)際上是工業(yè)的基礎(chǔ)。

沒(méi)有無(wú)功，只有阻性元器件產(chǎn)生的有功功率的話，根本無(wú)法建立起如今的工業(yè)繁榮。

在實(shí)際應(yīng)用中，可能需要根據(jù)具體的電力系統(tǒng)和設(shè)備情況，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量和分析，以便采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償措施。

下期我們聊聊“無(wú)功補(bǔ)償”的真正作用！

審核編輯 黃宇