有功功率、無功功率、視在功率以及功率因數(shù).doc

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有功功率、無功功率、視在功率以及功率因數(shù) Active power、Reactive power、Apparent power 有功功率 有功功率（英語：active power，AC power）也稱為實(shí)功率（R，real power）是一個在交流電電路系統(tǒng)中的概念，表示電源在周期內(nèi)所發(fā)出的瞬時(shí)功率的平均值，有功功率以P來表示，其單位是瓦特（W）。 在電路的電源電路的一個給定的點(diǎn)的過去的能量流的速率。在交流電路中，儲能元件如電感和電容，可能會導(dǎo)致能量流動的方向周期性的逆轉(zhuǎn)。電源的部分，在一個完整的周期的交流波形的平均，在一個方向上的能量的凈轉(zhuǎn)移的結(jié)果被稱為真正的力量。 儲存的能量，該方法返回到源在每個周期中，由于功率的部分被稱為無功功率。 在交流電路中，有功功率是指一個周期內(nèi)發(fā)出或負(fù)載消耗的瞬時(shí)功率的積分的平均值（或負(fù)載電阻所消耗的功率），因此，也稱平均功率。 1定義 記瞬時(shí)電壓為u(t)，瞬時(shí)電流為i(t)，瞬時(shí)功率為p(t)，則： 記有功功率為P，則： 對于交流電，T為交流電的周期，對于直流電，T可取任意值。 對于正弦交流電，經(jīng)過積分運(yùn)算可得： 上式中，U、I分別為正弦交流電的有效值，φ為電壓與電流信號的相位差。 2三相電 對于單相正弦交流電而言，其瞬時(shí)功率是變化的，因此，對于單相電機(jī)，其輸出轉(zhuǎn)矩有脈動。 對于三相電機(jī)，其三相電的瞬時(shí)功率之和卻是恒定值，因此，對于三相電機(jī)，其輸出轉(zhuǎn)矩?zé)o脈動。 證明如下： 假設(shè)： Ua=Um*sin（ωt+120） Ia=Im*sin（ωt+120-θ） 那么， Pa =Ua*Ia =Um*Im*sin（ωt+120）*sin（ωt+120-θ） =1/2*Um*Im*[cosθ-cos(2ωt+240-θ)] 同理： Pb =1/2*Um*Im*[cosθ-cos(2ωt-θ)] Pc =1/2*Um*Im*[cosθ-cos(2ωt-240-θ)] P=Pa+Pb+Pc =3/2*Um*Im*cosθ-[cos(2ωt+240-θ)+cos(2ωt-θ)+cos(2ωt-240-θ)] =3/2*Um*Im*cosθ-[cos(2ωt-120-θ)+cos(2ωt-θ)+cos(2ωt+120-θ)] ∵cos(2ωt-120-θ)+cos(2ωt+120-θ) =2cos(2ωt-θ)*cos(-120)=-cos(2ωt-θ) ∴P=3/2*Um*Im*cosθ 即：三相電機(jī)的輸出瞬時(shí)功率為恒定值。 3簡述 有功功率是是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機(jī)械能、光能、熱能)的電功率，稱為有功功率。以字母P表示，單位主要有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。 交流電的瞬時(shí)功率不是一個恒定值，瞬時(shí)功率在一個周期內(nèi)的平均值叫做有功功率，因此，有功功率也稱平均功率。 電力系統(tǒng)中，頻率、電壓是電網(wǎng)電能質(zhì)量的二大指標(biāo)。 頻率變化原因： 負(fù)荷變動導(dǎo)致有功功率的不平衡。變化過程：負(fù)荷變化→發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化→頻率變化→負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)→新頻率下達(dá)到平衡。 消除偏移： 原動機(jī)輸入功率大小隨負(fù)荷變動而改變。 4測量 測量有功功率的儀表稱為有功功率表，簡稱功率表，或功率計(jì)、瓦特計(jì)、瓦特表等。 功率計(jì)可分為：直流功率計(jì)、工頻功率計(jì)和變頻功率計(jì)。由于直流功率等于電壓和電流的簡單乘積，實(shí)際測量中，一般采用電壓表和電流表替代。工頻功率計(jì)是應(yīng)用較普遍的功率計(jì)，常說的功率計(jì)一般都是指工頻功率計(jì)。變頻功率計(jì)是21世紀(jì)變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。其測量對象為變頻電量，變頻電量是指用于傳輸功率的，并且滿足下述條件之一的交流電量： 常見變頻電量波形及頻譜(5張) 1、信號頻譜僅包含一種頻率成分，而頻率不局限于工頻的交流電信號。 2、信號頻譜包含兩種或更多的被關(guān)注的頻率成分的電信號。 變頻電量包括電壓、電流以及電壓電流引出的有功功率、無功功率、視在功率、有功電能、無功電能等。 除了變頻器輸出的PWM波，二極管整流的變頻器輸入的電流波形，直流斬波器輸出的電壓波形，變壓器空載的輸入電流波形等，均含有較大的諧波。 由于變頻電量的頻率成分復(fù)雜，變頻功率計(jì)的測量一般包括基波有功功率（簡稱基波功率）、諧波有功功率（簡稱諧波功率）、總有功功率等，相比工頻功率計(jì)而言，其功能較多，技術(shù)較復(fù)雜，一般稱為變頻功率分析儀或?qū)掝l功率分析儀，部分高精度功率分析儀也適用于變頻電量測量。 變頻功率分析儀及傳感器(5張) 變頻功率分析儀可以作為工頻功率分析儀使用，除此之外，一般還需滿足下述要求： 1、滿足必要的帶寬要求，并且采樣頻率應(yīng)高于儀器帶寬的兩倍。 2、要求分析儀在較寬的頻率范圍之內(nèi)，精度均能滿足一定的要求。 3、具備傅里葉變換功能，可以分離信號的基波和諧波。 5影響 有功功率占比過低，即無功功率占比過大，會導(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 許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的"無功"并不是"無用"的電功率，只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已；因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。無功功率單位為乏(var)。 無功功率 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，另一種是無功功率（reactive power） 。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：5.5kW的電動機(jī)就是把5.5kW的電力轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動水泵抽水或脫粒機(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。無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率。比如40W的日光燈，除需40W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80var左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場用。由于它對外不做功，才被稱之為"無功"。 無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機(jī)械運(yùn)動，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場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，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動機(jī)就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。 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，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。 無功功率對供、用電也產(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)視在功率一定時(shí)，增加無功功率就要降低輸、變電設(shè)備的供電能力。 (3)電網(wǎng)內(nèi)無功功率的流動會造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。 (4)系統(tǒng)缺乏無功功率時(shí)就會造成低功率因數(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。 2概念理解 理解 無功功率的概念，假設(shè)有一輛冷藏車，冷藏車的發(fā)動機(jī)功率為180KW。但車上的冷凍柜要消耗發(fā)動機(jī)40KW的功率用來制冷。因此發(fā)動機(jī)只有140KW的剩余來拉貨物。 這樣大家就能看出來了，發(fā)動機(jī)功率有180KW，相當(dāng)于視在功率，但用來拉貨的功率只有140KW,這部分為有功功率，而另外的40KW雖然沒有拉貨物，但是它是為了起到冷凍作用而必須存在的，有了它才能是一輛冷藏車，這部分就是無功功率（要區(qū)分功無用功和無功功率）。 功率因數(shù) 在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)cosφ，其計(jì)算公式為：P= UIcosφ，其中的φ指的是電壓和電流的相位差。 在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。 影響功率因數(shù)的主要因素 (1)大量的電感性設(shè)備，如異步電動機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)，在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中，異步電動機(jī)的無功消耗占了60%～70%；而在異步電動機(jī)空載時(shí)所消耗的無功又占到電動機(jī)總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。 (2)變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的滿載無功功率約為空載時(shí)的1/3。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。 (3)供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。 當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。 設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù) 提高自然功率因數(shù)是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來減少各種用電設(shè)備所消耗的無功功率，這是一種最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。 (1)合理使用電動機(jī)； (2)提高異步電動機(jī)的檢修質(zhì)量； (3)采用同步電動機(jī)：同步電動機(jī)消耗的有功功率取決于電動機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無功功率取決于轉(zhuǎn)子中的勵磁電流大小，在欠勵狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)"吸取"感性無功，在過勵狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)"送出感性"無功。因此，對于恒速長期運(yùn)行的大型機(jī)構(gòu)設(shè)備可以采用同步電動機(jī)作為動力。 異步電動機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機(jī)運(yùn)行，這就是"異步電動機(jī)同步化"。 (4)合理選擇配變?nèi)萘浚纳婆渥兊倪\(yùn)行方式：對負(fù)載率比較低的配變，一般采取"撤、換、并、停"等方法，使其負(fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。 3無功補(bǔ)償 從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線供給的無功功率，一般滿足不了負(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，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。 無功補(bǔ)償通常采用的方法主要有3種：低壓個別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償。下面簡單介紹這3種補(bǔ) 無功功率 償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。 1)低壓個別補(bǔ)償 低壓個別補(bǔ)償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器(即開關(guān))。通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個別大容量且連續(xù)運(yùn)行(如大中型異步電動機(jī))的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主。低壓個別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。 2)低壓集中補(bǔ)償 低壓集中補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是無功補(bǔ)償中常用的手段之一。 3)高壓集中補(bǔ)償 高壓集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補(bǔ)償方式。適用于用戶遠(yuǎn)離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負(fù)荷時(shí)，可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補(bǔ)償作用；補(bǔ)償裝置根據(jù)負(fù)荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)的增加。同時(shí)便于運(yùn)行維護(hù)，補(bǔ)償效益高。 4無功電源 電力系統(tǒng)的無功電源除了同步電機(jī)外，還有并聯(lián)電容器、靜止無功補(bǔ)償器以及靜止無功發(fā)生器，這4種裝置又稱為無功補(bǔ)償裝置，也稱無功電源。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。 1)同步電機(jī) 同步電機(jī)中有發(fā)電機(jī)、電動機(jī)及調(diào)相機(jī)3種。 ①同步發(fā)電機(jī)： 同步發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，同時(shí)又是最基本的無功電源，當(dāng)其在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以發(fā)出無功功率： Q=Ssinφ=Ptanφ 其中:Q、S、P、φ是相對應(yīng)的無功功率、視在功率、有功功率和功率因數(shù)角。 發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),以滯后功率因數(shù)運(yùn)行為主，向系統(tǒng)提供無功，但必要時(shí)，也可以減小勵磁電流，使功率因數(shù)超前，即所謂的"進(jìn)相運(yùn)行"，以吸收系統(tǒng)多余的無功。 ②同步調(diào)相機(jī): 同步調(diào)相機(jī)是空載運(yùn)行的同步電機(jī)，它能在欠勵或過勵的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無功，裝有自勵裝置的同步電機(jī)能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無功功率，這是其優(yōu)點(diǎn)。但它的有功損耗大、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢，已逐漸退出電網(wǎng)運(yùn)行。 2)并聯(lián)電容器 并聯(lián)電容器補(bǔ)償是目前使用最廣泛的一種無功電源，由于通過電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網(wǎng)"發(fā)出無功功率： Q=ωCU2 其中：Q、U、Xc=1/ωC分別為無功功率、電壓、電容器容抗。 并聯(lián)電容器本身功耗很小，裝設(shè)靈活，節(jié)省投資；由它向系統(tǒng)提供無功可以改善功率因數(shù)，減少由發(fā)電機(jī)提供的無功功率。 3)無功補(bǔ)償器 靜止無功補(bǔ)償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應(yīng)極為迅速，而且通斷次數(shù)也可以不受限制。當(dāng)電壓變化時(shí)靜止補(bǔ)償器能快速、平滑地調(diào)節(jié)，以滿足動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)男枰?，同時(shí)還能做到分相補(bǔ)償；對于三相不平衡負(fù)荷及沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；但由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產(chǎn)生高次諧波，為此需加裝專門的濾波器。 4)無功發(fā)生器 它的主體是一個電壓源型逆變器，由可關(guān)斷晶閘管適當(dāng)?shù)耐〝?，將電容上的直流電壓轉(zhuǎn)換成為與電力系統(tǒng)電壓同步的三相交流電壓，再通過電抗器和變壓器并聯(lián)接入電網(wǎng)。適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運(yùn)行工況，使其處于容性、感性或零負(fù)荷狀態(tài)。 與靜止無功補(bǔ)償器相比，靜止無功發(fā)生器響應(yīng)速度更快，諧波電流更少，而且在系統(tǒng)電壓較低時(shí)仍能向系統(tǒng)注入較大的無功。 視在功率 視在功率：即交流電壓和交流電流的乘積。用公式表示為：S=UI。式中，S是額定輸出功率，單位是VA(伏安);U是額定輸出電壓，單位是V， 如220V、380V等;I是額定輸出電流，單位是A。視在功率包括兩部分：有功功率(P)和無功功率(Q)。 　　有功功率是指直接做功的部分。比如使燈發(fā)亮、使電機(jī)轉(zhuǎn)動、使電子電路工作等。因?yàn)檫@個功率做功后都變成了熱量，可以直接被人們感覺到，所以有些人就產(chǎn)生一個錯覺，即把有功功率當(dāng)成了視在功率，孰不知有功功率只是視在功率的一部分，用式表示：P=Scosθ=UIcosθ=UIF。式中，P是有功功率，單位是W(瓦);F=cosθ被稱為功率因子，而θ是在非線性負(fù)載時(shí)電壓電流不同相時(shí)的相位差。 　　無功功率是儲藏在電路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=Ssinθ=UIsinθ。式中，Q為無功功率，單位是var(乏)。 視在功率 - 名稱 視在功率與功率因數(shù) 視在功率 - 1.視在功率 在電工技術(shù)中，將單口網(wǎng)絡(luò)端鈕電壓和電流有效值的乘積，即稱為視在功率（apparentpower），記為 ，即 （1） 顯然，只有單口網(wǎng)絡(luò)完全由電阻混聯(lián)而成時(shí)，視在功率才等于平均功率，否則，視在功率總是大于平均功率（即有功功率），也就是說，視在功率不是單口網(wǎng)絡(luò)實(shí)際所消耗的功率。 為以示區(qū)別，視在功率不用瓦特（W）為單位，而用伏安（VA）為單位。 視在功率 - 2.功率因數(shù) 在正弦交流電路中，平均功率一般小于視在功率，也就是說要在視在功率上打一個折扣才能等于平均功率，這個折扣就是 ，稱為功率因數(shù)（powerfactor），用 表示，即 2） 由于 是單口網(wǎng)絡(luò)端鈕電壓與電流間的相位差角，故，往往稱之為功率因數(shù)角。 對不含獨(dú)立源的網(wǎng)絡(luò)， ，且當(dāng)阻抗為電感性時(shí) ，當(dāng)阻抗為電容性時(shí)， 。在這兩種情況下，功率因數(shù) ?？梢姡瑑H從 的取值反映不出電路的性質(zhì)，為此，常常同時(shí)加上“滯后”或“超前”字樣。“滯后”是指電流滯后電壓，即 的情況，“超前”是指電流超前電壓，即 的情況。 視在功率 - 3.視在功率的意義 由于視在功率等于網(wǎng)絡(luò)端鈕處電流、電壓有效值的乘積，而有效值能客觀地反映正弦量的大小和他的做功能力，因此這兩個量的乘積反映了為確保網(wǎng)絡(luò)能正常工作，外電路需傳給網(wǎng)絡(luò)的能量或該網(wǎng)絡(luò)的容量。 由于網(wǎng)絡(luò)中既存在電阻這樣的耗能元件，又存在電感、電容這樣的貯能元件，所以，外電路必須提供其正常工作所需的功率，即平均功率或有功功率，同時(shí)應(yīng)有一部分能量被貯存在電感、電容等元件中。這就是視在功率大于平均功率的原因。只有這樣網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備才能正常工作。若按平均功率給網(wǎng)絡(luò)提供電能是不能保證其正常工作的。 因此，在實(shí)際中，通常是用額定電壓和額定電流來設(shè)計(jì)和使用用電設(shè)備的，用視在功率來標(biāo)示它的容量。 另外，由于電感、電容等元件在一段之間內(nèi)貯存的能量將分別在其它時(shí)間段內(nèi)釋放掉，這部分能量可能會被電阻所吸收，也可能會提供給外電路。所以，我們看到單口網(wǎng)絡(luò)的瞬時(shí)功率有時(shí)為正有時(shí)為負(fù)。 交流電功率 電路中的功率指的是能量通過電路中一點(diǎn)的速率。在交流電力系統(tǒng)中，例如電感器和電容器之類的儲能裝置可能會導(dǎo)致能量流動方向的周期性變化。在一個完整周期內(nèi)，能量在一個方向上的凈流動率稱為實(shí)際功率，而由儲能裝置返回電源的部分稱為無功功率。 對一個線性負(fù)載而言，電路中電壓與電流都是呈正弦規(guī)律變化的。如果負(fù)載是純電阻的話，電路中電壓與電流會在相同的時(shí)間改變各自的極性，電壓與電流的乘積永遠(yuǎn)都是大于或等于0的，表示能量的流動方向不會逆轉(zhuǎn)。此時(shí)電路上只有實(shí)際功率流動。 而如果負(fù)載是純電抗的話，電路中的電流與電壓會出現(xiàn)90度的相位差。這樣一來，在交流電的每個周期內(nèi)，半個周期中電流與電壓乘積為正，而另半個周期中電流與電壓乘積為負(fù)，而且二者相加正好為0，表示每個周期內(nèi)流向負(fù)載的電能全部被返還到了電源中，整體上電路沒有消耗電能，電路上只有無功功率流動。 在實(shí)際生活中，負(fù)載通常會同時(shí)有電阻性、電容性和電感性，因此電路上會同時(shí)有無功功率和實(shí)際功率。電力工程師將無功功率和實(shí)際功率的矢量和的模作為視在功率。視在功率的定義為電壓的均方根乘以電流的均方根。 盡管無功功率在負(fù)載上不做功，但是對于一個實(shí)際系統(tǒng)來說，電流流過導(dǎo)線時(shí)，會使導(dǎo)線發(fā)熱，部分電能因此會損失掉，因此電力工程師需要關(guān)心視在功率。變壓器、發(fā)電機(jī)、導(dǎo)線等都需要按照視在功率的大小設(shè)計(jì)，而不是實(shí)際功率。 另外，直接將兩個負(fù)載各自的視在功率相加，并不一定等于兩個負(fù)載整體的視在功率，除非兩個負(fù)載的電壓和電流的相位差一致，或兩個負(fù)載具有相同的功率因數(shù)。 一般認(rèn)為，電容器產(chǎn)生無功功率，而電感器消耗無功功率。如果將電容器和電感器并聯(lián)，那么二者的電流會傾向于相互抵消而不是疊加。這是電力系統(tǒng)中進(jìn)行功率因數(shù)校正的一個基本方法。 交流電力系統(tǒng)中各個與功率相關(guān)的參數(shù)在復(fù)平面內(nèi)的表示 交流電力系統(tǒng)中各個與功率相關(guān)的參數(shù)，以及各自的單位如下所示： 實(shí)際功率P：瓦特（W） 無功功率Q：無功伏安（VAr） 復(fù)功率S：伏安（VA） 視在功率|S|，即復(fù)功率S的?；蚪^對值：伏安（VA） 電流-電壓相位差φ 無功功率并不實(shí)際傳輸能量，所以在圖中以虛軸表示。相應(yīng)的，實(shí)際功率則表示在實(shí)軸上。 功率的單位是瓦特（符號為W），但是一般來說，只有討論實(shí)際功率的時(shí)候才會用這個稱呼。視在功率的單位一般以伏特安培（簡稱“伏安”，符號為VA）稱呼，因?yàn)槠涠x為電流的均方根乘以電壓的均方根。無功功率的單位為無功伏特安培，簡稱“無功伏安”，符號為VAr。 雖然無功功率不傳遞能量，但是對維持輸電系統(tǒng)的電壓有一部分作用。2003年美加大停電的一個原因便是無功功率不足。 什么叫有功功率、無功功率和視在功率？三者單位是什么？三者關(guān)系如何確定？ 有功功率又叫平均功率。交流電的瞬時(shí)功率不是一個恒定值，功率在一個周期內(nèi)的平均值叫做有功功率，它是指在電路中電阻部分所消耗的功率，對電動機(jī)來說是指它的出力，以字母P表示，單位為千瓦（ｋW）。 無功功率：在具有電感（或電容）的電路里，電感（或電容）在半周期的時(shí)間里把電源的能量變成磁場（或電場）的能量貯存起來，在另外半周期的時(shí)間里又把貯存的磁場（或電場）能量送還給電源。它們只是與電源進(jìn)行能量交換，并沒有真正消耗能量。我們把與電源交換能量的振幅值叫做無功功率，以字母Q表示，單位干乏（kvar）。 視在功率：在具有電阻和電抗的電路內(nèi)，電壓與電流的乘積叫視在功率，以字母S或符號 Pｓ表示，單位為千伏安（kVA）。 有功功率、無功功率、視在功率三者關(guān)系可以用功率三角形表示 （見圖）： 關(guān)于電氣學(xué)科中無功功率概念的兩個趣味解釋 許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的"無功"并不是"無用"的電功率，只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已；因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。無功功率單位為乏(var)。 通過上面對無功功率的定義可以看到，無功功率實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)電器在建立磁場時(shí)所需要的功率，說淺顯一點(diǎn)是指一個線圈和另一個線圈之間發(fā)生感應(yīng)和聯(lián)系時(shí)所需要的無功功率，這種功率的存在能夠保證系統(tǒng)有功功率的正常傳遞。由于這部分功率并不實(shí)際消耗電網(wǎng)的能量，所以被稱之為無功功率。 說起來容易，但實(shí)際上這個概念理解起來依舊很難。記得有兩個關(guān)于無功功率解釋的好的說法，在這里做個分享，相信讀過這兩個說法之后一定會讓您茅塞頓開。 說法一： 有個帥哥用一個推車搬家，把東西都掛在前面，帥哥一邊壓著車把一邊推，累的滿頭大汗； 過來一個美女，坐在推車離車把近的車的一側(cè)，哈哈，一下輕了不少。帥哥推得又輕松又愜意... 帥哥使勁壓著車把的力是無功電流，克服摩擦力往前的推力是有功電流，把東西推到目的地是有功。 美女就是無功補(bǔ)償。沒有無功補(bǔ)償，供電系統(tǒng)也能工作，就是累點(diǎn)，耗能厲害；有了美女，男女搭配，干活不累，效率高，還開心... 東西在前面，美女在后面，是容性無功東西在后面，美女在前面，是感性無功美女不守規(guī)矩，無論東西在哪里，她前后亂跑，還跳上跳下，就是諧波。 說法二： 電網(wǎng)就好比一條大河，電流就好比在電網(wǎng)的河道上行走，船要在河道上行駛呢，水流就好比是有功功率，它推動著船往前走，而水深呢就好比是無功功率，雖然它不做功，不消耗實(shí)際的電能，但是它和河流的深度一樣是保證河流能夠運(yùn)輸船只的必要條件，只有它的存在才能保證河流運(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行。而當(dāng)河流中的水不夠的時(shí)候呢，就要給它加水，提高水深，這也就是電力系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償。 1有功功率、無功功率與視在功率 　　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。 　　有功功率----又叫平均功率。交流電的瞬時(shí)功率不是一個恒定值，功率在一個周期內(nèi)的平均值叫做有功功率，它是指在電路中電阻部分所消耗的功率，有功功率的符號用P表示，單位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。 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：5.5千瓦的電動機(jī)就是把5.5千瓦的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動水泵抽水或脫粒機(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。　　 無功功率----在具有電感和電容的電路里，這些儲能元件在半周期的時(shí)間里把電源能量變成磁場（或電場）的能量存起來，在另半周期的時(shí)間里對已存的磁場（或電場）能量送還給電源。它們只是與電源進(jìn)行能量交換，并沒有真正消耗能量。我們把與電源交換能量的速率的振幅值叫做無功功率。用字母Q表示，單位為乏(Var)或千乏(kVar)。 比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，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用。由于它不對外做功，才被稱之為“無功”。無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機(jī)械運(yùn)動，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場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，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動機(jī)就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。為了形象地說明這個問題，現(xiàn)舉一個例子：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，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。 視在功率：----在具有電阻和電抗的電路內(nèi)，電壓與電流的乘積叫做視在功率，以字母S或符號Pｓ表示，單位為千伏安（kVA）。 2功率因數(shù) 　　電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機(jī)、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù)載。電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ來表示。cosφ稱為功率因數(shù)，又叫力率。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。三相功率因數(shù)的計(jì)算公式為： 式中cosφ——功率因數(shù)； 　　P——有功功率，kW； 　　Q——無功功率,kVar； 　　S——視在功率,kV。A； 　　U——用電設(shè)備的額定電壓,V； 　　I——用電設(shè)備的運(yùn)行電流,A。 　　功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時(shí)功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。 　　(1)自然功率因數(shù)：是指用電設(shè)備沒有安裝無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)，或者說用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)，電阻性負(fù)荷(白熾燈、電阻爐)的功率因數(shù)較高，等于1，而電感性負(fù)荷(電動機(jī)、電焊機(jī))的功率因數(shù)比較低，都小于1。 　　(2)瞬時(shí)功率因數(shù)：是指在某一瞬間由功率因數(shù)表讀出的功率因數(shù)。瞬時(shí)功率因數(shù)是隨著用電設(shè)備的類型、負(fù)荷的大小和電壓的高低而時(shí)刻在變化。 　　(3)加權(quán)平均功率因數(shù)：是指在一定時(shí)間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值，其計(jì)算公式為： 　　提高功率因數(shù)的方法有兩種，一種是改善自然功率因數(shù)，另一種是安裝人工補(bǔ)償裝置。 有功功率、無功功率、無功補(bǔ)償 視在功率 　　在電工技術(shù)中，將單口網(wǎng)絡(luò)端鈕電壓和電流有效值的乘積，稱為視在功率（apparent power），記為S=UI。 　　顯然，只有單口網(wǎng)絡(luò)完全由電阻混聯(lián)而成時(shí)，視在功率才等于平均功率，否則，視在功率總是大于平均功率（即有功功率），也就是說，視在功率不是單口網(wǎng)絡(luò)實(shí)際所消耗的功率。 　　為以示區(qū)別，視在功率不用瓦特（W）為單位，而用伏安（VA）或千伏安（KVA）為單位。 　　功率因數(shù) 　　在正弦交流電路中，有功功率一般小于視在功率，也就是說視在功率上打一個折扣才能等于平均功率，這個折扣就是Cosφ，稱為功率因數(shù)（power factor），用 Cosφ表示。 　　由于是單口網(wǎng)絡(luò)端鈕電壓與電流間的相位差角，故φ往往稱之為功率因數(shù)角。 　　視在功率的意義 　　由于視在功率等于網(wǎng)絡(luò)端鈕處電流、電壓有效值的乘積，而有效值能客觀地反映正弦量的大小和他的做功能力，因此這兩個量的乘積反映了為確保網(wǎng)絡(luò)能正常工作，外電路需傳給網(wǎng)絡(luò)的能量或該網(wǎng)絡(luò)的容量。 　　由于網(wǎng)絡(luò)中既存在電阻這樣的耗能元件，又存在電感、電容這樣的儲能元件，所以，外電路必須提供其正常工作所需的功率，即平均功率或有功功率，同時(shí)應(yīng)有一部分能量被貯存在電感、電容等元件中。這就是視在功率大于平均功率的原因。只有這樣網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備才能正常工作。若按平均功率給網(wǎng)絡(luò)提供電能是不能保證其正常工作的。 　　因此，在實(shí)際中，通常是用額定電壓和額定電流來設(shè)計(jì)和使用用電設(shè)備的，用視在功率來標(biāo)示它的容量。 　　另外，由于電感、電容等元件在一段時(shí)間之內(nèi)儲存的能量將分別在其它時(shí)間段內(nèi)釋放掉，這部分能量可能會被電阻所吸收，也可能會提供給外電路。所以，我們看到單口網(wǎng)絡(luò)的瞬時(shí)功率有時(shí)為正有時(shí)為負(fù)。 　　在交流電路中，我們將正弦交流電電路中電壓有效值與電流有效值的乘積稱為視在功率，即S=UI視在功率不表示交流電路實(shí)際消耗的功率，只表示電路可能提供的最大功率或電路可能消耗的最大有功功率。 有功功率 (active power) 　　有功功率----電能用于做功被消耗，它們轉(zhuǎn)化為熱能、光能、機(jī)械能或化學(xué)能等，稱為有功功率；又叫平均功率。交流電的瞬時(shí)功率不是一個恒定值，功率在一個周期內(nèi)的平均值叫做有功功率，它是指在電路中電阻部分所消耗的功率，以字母P表示，單位瓦特。 　　電力系統(tǒng)頻率與有功功率的關(guān)系:頻率、電壓是電網(wǎng)電能質(zhì)量的二大指標(biāo)。頻率變化原因：負(fù)荷變動導(dǎo)致有功功率的不平衡。變化過程：負(fù)荷變化→發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化→頻率變化→負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)→新頻率下達(dá)到平衡。消除偏移：原動機(jī)輸入功率大小隨負(fù)荷變動而改變。 無功功率與功率因數(shù) 許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的"無功"并不是"無用"的電功率，只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已；因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。無功功率單位為乏(Var)。 　　在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)cosφ，其計(jì)算公式為： 　　cosφ=P/S=P/（P²+Q²）½ 　　在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。 　　影響功率因數(shù)的主要因素 　　(1)大量的電感性設(shè)備，如異步電動機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)，在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中，異步電動機(jī)的無功消耗占了60％～70％；而在異步電動機(jī)空載時(shí)所消耗的無功又占到電動機(jī)總無功消耗的60％～70％。所以要改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。 　　(2)變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10％～15％，它的空載無功功率約為滿載時(shí)的1/3。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。 　　(3)供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。 　　當(dāng)供電電壓高于額定值的10％時(shí)，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110％時(shí)，一般無功將增加35％左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。 無功補(bǔ)償 　無功補(bǔ)償通常采用的方法主要有3種：低壓個別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償。下面簡單介紹這3種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。 　　(1)低壓個別補(bǔ)償: 　　低壓個別補(bǔ)償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個別大容量且連續(xù)運(yùn)行(如大中型異步電動機(jī))的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主。低壓個別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。 　　(2)低壓集中補(bǔ)償： 　　低壓集中補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無功補(bǔ)償中常用的手段之一。 　　(3)高壓集中補(bǔ)償： 　　高壓集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補(bǔ)償方式。適用于用戶遠(yuǎn)離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負(fù)荷時(shí)，可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補(bǔ)償作用；補(bǔ)償裝置根據(jù)負(fù)荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)的增加。同時(shí)便于運(yùn)行維護(hù)，補(bǔ)償效益高。 提高自然功率因數(shù) 提高自然功率因數(shù)是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來減少各種用電設(shè)備所消耗的無功功率，這是一種最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。 　　(1)合理使用電動機(jī)； 　　(2)提高異步電動機(jī)的檢修質(zhì)量； 　　(3)采用同步電動機(jī)：同步電動機(jī)消耗的有功功率取決于電動機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無功功率取決于轉(zhuǎn)子中的勵磁電流大小，在欠勵狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)"吸取"無功，在過勵狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)"送出"無功。因此，對于恒速長期運(yùn)行的大型機(jī)構(gòu)設(shè)備可以采用同步電動機(jī)作為動力。 　　異步電動機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機(jī)運(yùn)行，這就是"異步電動機(jī)同步化"。 　　(4)合理選擇配變?nèi)萘浚纳婆渥兊倪\(yùn)行方式：對負(fù)載率比較低的配變，一般采取"撤、換、并、停"等方法，使其負(fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。 無功電源 　電力系統(tǒng)的無功電源除了同步電機(jī)外，還有靜電電容器、靜止無功補(bǔ)償器以及靜止無功發(fā)生器，這4種裝置又稱為無功補(bǔ)償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。 　　(1)同步電機(jī)： 　　同步電機(jī)中有發(fā)電機(jī)、電動機(jī)及調(diào)相機(jī)3種。 　?、偻桨l(fā)電機(jī)： 　　同步發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，同時(shí)又是最基本的無功電源，當(dāng)其在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以發(fā)出無功功率： 　　Q=Ssinφ=Ptgφ 　　其中:Q、S、P、φ是相對應(yīng)的無功功率、視在功率、有功功率和功率因數(shù)角。 　　發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),以滯后功率因數(shù)運(yùn)行為主,向系統(tǒng)提供無功，但必要時(shí),也可以減小勵磁電流,使功率因數(shù)超前,即所謂的"進(jìn)相運(yùn)行"，以吸收系統(tǒng)多余的無功。 　　②同步調(diào)相機(jī): 　　同步調(diào)相機(jī)是空載運(yùn)行的同步電機(jī)，它能在欠勵或過勵的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無功，裝有自勵裝置的同步電機(jī)能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無功功率，這是其優(yōu)點(diǎn)。但它的有功損耗大、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢，近來已逐漸退出電網(wǎng)運(yùn)行。 　?、鄄⒙?lián)電容器： 　　并聯(lián)電容器補(bǔ)償是目前使用最廣泛的一種無功電源，由于通過電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網(wǎng)"發(fā)?quot;無功功率： 　　Q=U2/Xc 　　其中：Q、U、Xc分別為無功功率、電壓、電容器容抗。 　　并聯(lián)電容器本身功耗很小，裝設(shè)靈活，節(jié)省投資；由它向系統(tǒng)提供無功可以改善功率因數(shù)，減少由發(fā)電機(jī)提供的無功功率。 　?、莒o止無功補(bǔ)償器： 　　靜止無功補(bǔ)償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應(yīng)極為迅速，而且通斷次數(shù)也可以不受限制。當(dāng)電壓變化時(shí)靜止補(bǔ)償器能快速、平滑地調(diào)節(jié)，以滿足動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)男枰?，同時(shí)還能做到分相補(bǔ)償；對于三相不平衡負(fù)荷及沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；但由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產(chǎn)生高次諧波，為此需加裝專門的濾波器。 　　⑤靜止無功發(fā)生器： 　　它的主體是一個電壓源型逆變器，由可關(guān)斷晶閘管適當(dāng)?shù)耐〝啵瑢㈦娙萆系闹绷麟妷恨D(zhuǎn)換成為與電力系統(tǒng)電壓同步的三相交流電壓，再通過電抗器和變壓器并聯(lián)接入電網(wǎng)。適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運(yùn)行工況，使其處于容性、感性或零負(fù)荷狀態(tài)。 　　與靜止無功補(bǔ)償器相比，靜止無功發(fā)生器響應(yīng)速度更快，諧波電流更少，而且在系統(tǒng)電壓較低時(shí)仍能向系統(tǒng)注入較大的無功。 功率因數(shù) 在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦叫做功率因數(shù)，用符號cosΦ表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S 說明 功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)， 如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個系數(shù)。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大， 從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。[1] 2計(jì)算 功率因數(shù)低的根本原因是電感性負(fù)載的存在。例如，生產(chǎn)中最常見的交流異步電動機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的功率因數(shù)一般為0.7--0.9,如果在輕載時(shí)其功率因數(shù)就更低。其它設(shè)備如工頻爐、電焊變壓器以及日光燈等，負(fù)載的功率因數(shù)也都是較低的。從功率三角形及其相互關(guān)系式中不難看出，在視在功率不變的情況下，功率因數(shù)越低（ 角越大），有功功率就越小，同時(shí)無功功率卻越大。這種使供電設(shè)備的容量不能得到充分利用，例如容量為1000KVA的變壓器，如果cos =1,即能送出1000KW的有功功率；而在cos =0.7時(shí)，則只能送出700KW的有功功率。功率因數(shù)低不但降低了供電設(shè)備的有效輸出，而且加大了供電設(shè)備及線路中的損耗，因此，必須采取并聯(lián)電容器等補(bǔ)償無功功率的措施，以提高功率因數(shù)。[1] 功率因數(shù)既然表示了總功率中有功功率所占的比例，顯然在任何情況下功率因數(shù)都不可能大于1。由功率三角形可見，當(dāng) =0即交流電路中電壓與電流同相位時(shí)，有功功率等于視在功率。這時(shí)cos 的值最大，即cos =1，當(dāng)電路中只有純阻性負(fù)載，或電路中感抗與容抗相等時(shí)，才會出現(xiàn)這種情況。 感性電路中電流的相位總是滯后于電壓，此時(shí)0< <90，此時(shí)稱電路中有“滯后” 的cos ；而容性電路中電流的相位總是超前于電壓，這時(shí)-90< <0，稱電路中有“超前”的cos 。 功率因數(shù)的計(jì)算方式很多，主要有直接計(jì)算法和查表法。常用的計(jì)算公式為： 功率因數(shù)計(jì)算公式 3要求 最基本分析 拿設(shè)備作舉例。例如：設(shè)備功率為100個單位，也就是說，有100個單位的功率輸送到設(shè)備中。然而，因大部分電器系統(tǒng)存在固有的無功損耗，只能使用70個單位的功率。很不幸，雖然僅僅使用70個單位，卻要付100個單位的費(fèi)用。(使用了70個單位的有功功率，你付的就是70個單位的消耗)在這個例子中，功率因數(shù)是0.7 (如果大部分設(shè)備的功率因數(shù)小于0.9時(shí)，將被罰款)，這種無功損耗主要存在于電機(jī)設(shè)備中(如鼓風(fēng)機(jī)、抽水機(jī)、壓縮機(jī)等)，又叫感性負(fù)載。功率因數(shù)是馬達(dá)效能的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。 [1] 基本分析 每種電機(jī)系統(tǒng)均消耗兩大功率，分別是真正的有功(叫kw)及電抗性的無功。功率因數(shù)是有用功與總功率間的比率。功率因數(shù)越高，有用功與總功率間的比率便越高，系統(tǒng)運(yùn)行則更有效率。 [1] 高級分析 在感性負(fù)載電路中，電流波形峰值在電壓波形峰值之后發(fā)生。兩種波形峰值的分隔可用功率因數(shù)表示。功率因數(shù)越低，兩個波形峰值則分隔越大。[1] 4改善 電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機(jī)、變壓器、日光燈及電弧爐等，大多屬于電感性負(fù)荷，這些電感性的設(shè)備在運(yùn)行過程中不僅需要向電力系統(tǒng)吸收有功功率，還同時(shí)吸收無功功率。因此在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償設(shè)備后，將可以提供補(bǔ)償感性負(fù)荷所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源側(cè)向感性負(fù)荷提供及由線路輸送的無功功率。由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補(bǔ)償?shù)男б妗?無功補(bǔ)償?shù)闹饕康木褪翘嵘a(bǔ)償系統(tǒng)的功率因數(shù)。因?yàn)楣╇娋职l(fā)出來的電是以KVA或者M(jìn)VA來計(jì)算的，但是收費(fèi)卻是以KW，也就是實(shí)際所做的有用功來收費(fèi)，兩者之間有一個無效功率的差值，一般而言就是以KVAR為單位的無功功率。大部分的無效功都是電感性，也就是一般所謂的電動機(jī)、變壓器、日光燈……，幾乎所有的無效功都是電感性，電容性的非常少見，例如：變頻器就是容性的，在變頻器電源端加入電抗器可提高功率因數(shù)。[1] 5內(nèi)容 由于感性、容性或非線性負(fù)荷的存在，導(dǎo)致系統(tǒng)存在無功功率，從而導(dǎo)致有功功率不等于視在功率，三者之間關(guān)系如下： S^2=P^2+Q^2 一種有源功率因數(shù)校正電路 ；S為視在功率，P為有功功率，Q為無功功率。三者的單位分別為VA（或kVA），W（或kW），Var（或kVar）。 簡單來講，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值為零的話，KVA就會與KW相等，那么供電局發(fā)出來的1KVA的電就等于用戶1KW的消耗，此時(shí)成本效益最高，所以功率因數(shù)是供電局非常在意的一個系數(shù)。用戶如果沒有達(dá)到理想的功率因數(shù)，相對地就是在消耗供電局的資源，所以這也是為什么功率因數(shù)是一個法規(guī)的限制。就國內(nèi)而言功率因數(shù)規(guī)定是必須介于電感性的0.9～1之間，低于0.9時(shí)需要接受處罰。[1] 好處 供電部門為了提高成本效益要求用戶提高功率因數(shù)，那提高功率因數(shù)對用戶端有什么好處呢？ ① 通過改善功率因數(shù)，減少了線路中總電流和供電系統(tǒng)中的電氣元件，如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等的容量，因此不但減少了投資費(fèi)用，而且降低了本身電能的損耗。 ② 良好的功因數(shù)值的確保，從而減少供電系統(tǒng)中的電壓損失，可以使負(fù)載電壓更穩(wěn)定，改善電能的質(zhì)量。 ③ 可以增加系統(tǒng)的裕度，挖掘出了發(fā)供電設(shè)備的潛力。如果系統(tǒng)的功率因數(shù)低，那么在既有設(shè)備容量不變的情況下，裝設(shè)電容器后，可以提高功率因數(shù)，增加負(fù)載的容量。 舉例而言，將1000KVA變壓器之功率因數(shù)從0.8提高到0.98時(shí)： 補(bǔ)償前：10000.8=800KW 補(bǔ)償后：10000.98=980KW 同樣一臺1000KVA的變壓器，功率因數(shù)改變后，它就可以多承擔(dān)180KW的負(fù)載。 ④ 減少了用戶的電費(fèi)支出；透過上述各元件損失的減少及功率因數(shù)提高的電費(fèi)優(yōu)惠。 此外，有些電力電子設(shè)備如整流器、變頻器、開關(guān)電源等；可飽和設(shè)備如變壓器、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)等；電弧設(shè)備及電光源設(shè)備如電弧爐、日光燈等，這些設(shè)備均是主要的諧波源，運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生大量的諧波。諧波對發(fā)動機(jī)、變壓器、電動機(jī)、電容器等所有連接于電網(wǎng)的電器設(shè)備都有大小不等的危害，主要表現(xiàn)為產(chǎn)生諧波附加損耗，使得設(shè)備過載過熱以及諧波過電壓加速設(shè)備的絕緣老化等。 并聯(lián)到線路上進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)碾娙萜鲗χC波會有放大作用，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴(yán)重。另外，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會使電容器的電流有效值增加，造成溫度升高，減少電容器的使用壽命。 諧波電流使變壓器的銅損耗增加，引起局部過熱、振動、噪音增大、繞組附加發(fā)熱等。 諧波污染也會增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對通訊質(zhì)量有影響。當(dāng)電流諧波分量較高時(shí)，可能會引起繼電保護(hù)的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)的誤動作。 因此，如果系統(tǒng)量測出諧波含量過高時(shí)，除了電容器端需要串聯(lián)適宜的調(diào)諧（detuned）電抗外，并需針對負(fù)載特性專案研討加裝諧波改善裝置。[1] 改善電能 為什么說提高用戶的功率因數(shù)可以改善電壓質(zhì)量？ 電力系統(tǒng)向用戶供電的電壓，是隨著線路所輸送的有功功率和無功功率變化而變化的。當(dāng)線路輸送一定數(shù)量的有功功率時(shí)，如輸送的無功功率越多，線路的電壓損失越大。即送至用戶端的電壓就越低。如果110KV以下的線路，其電壓損失可近似為：△U=(PR+QX)/Ue 其中：△U－線路的電壓損失，kV Ue－－線路的額定電壓，kV P－－線路輸送的有功功率，kW Q－－線路輸送的無功功率，kVAR R—線路電阻，歐姆 X－－線路電抗，歐姆 由上式可見，當(dāng)用戶功率因數(shù)提高以后，它向電力系統(tǒng)吸取的無功功率就要減少，因此電壓損失也要減少，從而改善了用戶的電壓質(zhì)量。 在直流電路里，電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）將小于視在功率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數(shù)，以COSΦ表示，其實(shí)最簡單的測量方式就是測量電壓與電流之間的相位差，得出的結(jié)果就是功率因數(shù)。[1] 如何提高 （1）提高自然功率因數(shù)。自然功率因數(shù)是在沒有任何補(bǔ)償情況下，用電設(shè)備的功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)的方法：合理選擇異步電機(jī)；避免變壓器空載運(yùn)行；合理安排和調(diào)整工藝流程，改善機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況；在生產(chǎn)工藝允許條件下，采用同步電動機(jī)代替異步電動機(jī)。 （2）采用人工補(bǔ)償無功功率。裝用無功功率補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償，電力用戶常用的無功功率補(bǔ)償設(shè)備是電力電容器。 提高功率因數(shù)的方法 提高功率因數(shù)的途徑主要在于如何減少電力系統(tǒng)中各個部分所需的無功功率,特別是減少負(fù)荷取用的 無功功率,使電力系統(tǒng)在輸送一定的有功功率時(shí),可降低其中通過的無功電流 提高功率因數(shù)的方法很多,但總的來說可以歸結(jié)為兩大類: 提高自然功率因數(shù)的方法 采用降低各用電設(shè)備所需的無功功率以改善其功率因數(shù)的措施,稱為提高自然功率因數(shù)的方法 主要有: 1、正確選用異步電動機(jī)的型號與容量。據(jù)有關(guān)資料介紹,我國中小型異步電動機(jī)的用電負(fù)荷約占電網(wǎng)總負(fù)荷的80 %以上,幾個主要電網(wǎng)中,電動機(jī)所耗能占整個工業(yè)用電量的60 %～ 68 %左右1 因此做好電動機(jī)的降損節(jié)能具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義 正確選用異步電動機(jī),使其額定容量與所帶負(fù)載相配合,對于改善功率因數(shù)是十分重要的 在選型方面,要注意選用節(jié)能型,淘汰高能耗的電動機(jī),并依據(jù)電機(jī)機(jī)械工作對啟動力矩、啟動次數(shù)、調(diào)速等方面的具體要求,選用不同的型號。電動機(jī)的效率η與功率因數(shù)cosφ是反映電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的主要指標(biāo),都與負(fù)載率β有密切關(guān)系1 GB/ T 12497 - 90 對三相異步電機(jī)三個運(yùn)行區(qū)域規(guī)定如下: 當(dāng)負(fù)載率β在70 %～ 100 %之間時(shí),為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū); 當(dāng)40 % ≤β ≤70 %時(shí),為一般運(yùn)行區(qū); 當(dāng)β < 40 % 時(shí),為非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū); 2、根據(jù)負(fù)荷選用相匹配的變壓器。電力變壓器一次側(cè)功率因數(shù)不但與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān),而且與負(fù)荷率有關(guān)若變壓器滿載運(yùn)行,一次側(cè)功率因數(shù)僅比二次側(cè)降低約3 ～ 5 %;若變壓器輕載運(yùn)行,