如何理解有功功率与无功功率

电脑维修 · 发表于 2023-7-26 08:35:43

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有功功率就是各种电气设备铭牌标注功率，单位瓦（W）或千瓦（kW）。它表示了该设备利用电能做功的快慢，做功的本质是能量转化，把电能转化为诸如热能、光能、机械能等等其它能量，因此有功功率就表示了电能转化为其它能量的快慢。把电能转化成了其它能量，我们称之为消耗了电能，例如1千瓦的热水器，使用1小时，消耗了1度电能，所以说有功功率是消耗电能的功率。

有功功率越大，消耗电能的速度越快，单位时间消耗的电能越多。有功功率一般都称为功率，只要没有特别说明，功率都指有功功率。

而无功功率是指不消耗电能的功率，也就是没有做功的功率，无功功率不会把电能转化为其它能量，从电源吸收多少能量又返还给电源多少能量，它只是电能的搬运工而已。无功功率的单位是乏（Var）或千乏（kVar），无功功率绝不是无用功率，在电力系统中是非常有用的不可或缺的，主要是给变压器、电动机等提供电磁场。

在理解无功功率上的一大误区，是把电气设备自身损耗功率当作了无功功率，甚至说“无功功率就是电气设备自身消耗的功率”，这些都是错误的。任何电气设备或多或少都有自身损耗功率，效率都不可能达到100%，但自身损耗功率也是有功功率，它往往把电能转化成了热能，导致电气设备本身发热。其实自身损耗功率应得的名号应该是无用功率，无用功率是浪费掉的功率，非但无用反而有害，会使电气设备温度升高，造成绝缘性能下降，从而不得不采取冷却措施。

无功功率由电感或电容产生。

各种电器负载最终可分解为三种不同性质的负载，电阻、电感、电容。

电阻是耗能元件，它会消耗电能，因此电阻的功率是有功功率，电阻在交流电路中的特征是电压与电流同时产生，电压与电流同相位。

电感就是线圈是储能元件，它以磁场能的形式储存电能，然后又返还给电源，电感本身不消耗电能，因此电感的功率是无功功率。电感在交流电路中的特征是先有电压后有电流，电流滞后电压90度相位角。

电容也是储能元件，它以电场能的形式储存电能，然后也返还给电源，电容本身也不消耗电能，因此电容的功率也是无功功率。电容在交流电路中的特征是先有电流后有电压，电流超前电压90度相位角。

实际当中没有纯电感负载，大多数是电阻性与电感性负载的混合体，也即负载中既有有功功率也有无功功率，这种混合功率称之为视在功率，单位是伏安（VA）或千伏安（kVA）。

三种功率的关系可用直角三角形表示，称为功率三角形。S²=P²+Q²

它既反映了负载中电流与电压的相位角又说明了负载中有功功率占多少。有功功率越多功率因数越高，如果功率因数为1，说明全是有功功率。

视在功率的典型代表是交流电动机，电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用。因此电动机要运转起来，必须满足两个条件，一是有磁场二是有通电导体。磁场既可用永久磁铁产生，也可用线圈通电产生，也就是电磁场；磁场产生的功率就是无功功率，通电导体产生的功率就是有功功率。磁场本身不对外做功，不消耗能量，这也是永久磁铁能“永久”有磁性的原因。但若没有磁场，电动机就无法转起来，这又是无功功率不可或缺的原因。

现以这台电动机为例，来看下无功功率、损耗功率、视在功率有多大？

从铭牌可知

输出功率P=1.5kW

效率η=78.5%=0.785

功率因数cosφ=0.785

电压=380V

电流I=3.68A

总有功功率P1=P/η=1.5÷0.785=1.91kW

损耗功率P2=P1-P=1.91-1.5=0.41kW

视在功率

S=P1/cosφ=1.91÷0.785=2.43kVA

无功功率Q²=S²-（P1）²=2.43²-1.91²

Q=1.49kVar

可见，一台1.5kW的异步电动机，总有功功率是1.91千瓦（kW），损耗功率是0.41千瓦（kW），无功功率是1.49千乏（kVar），视在功率是2.43千伏安（kVA）。

这些数据说明什么问题呢？就是电力变压器向这台电动机供电时，不仅要提供1.91kW的有功功率，还要提供1.49kVar的无功功率。

这篇问答看似讲的基础问题难度应该不高，但真要讲清有功功率与无功功率却很难，也不知我是否讲清楚了？如有不对之处敬请爷正。

卫星爱好者 · 发表于 2023-7-26 11:13:54

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