电气人必看：无功功率真的无用吗？

接触过交流电的，我想，对“无功”这个词都不陌生吧？想必大部分从业电气行业多年的电气人员都非常清楚，但是对于一个刚刚进入电气行业的新人来说就可能摸不着头脑了。

今天，小编就来给大家捋捋“无功”的那些细枝末节吧。

定义、计算公式

在电网中，由电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率，另一种是无功功率 。

有功功率P(单位W)：

直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率。

例如：

5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。

无功功率Q(单位Var)：

“无功功率”一般则难于理解，它仅存在于交流电中，直流电不存在无功功率的问题。

它是用于电路内电场与磁场，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。由于它对外不做功，才被称之为“无功”。

为了形象地说明这个问题，现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?

视在功率S（单位VA）：

视在功率是表示交流电器设备容量的量。

等于电压有效值和电流有效值的乘积。视在功率是有功功率和无功功率的矢量合。

视在功率体现的是一个供电电源的实际输出能量的能力。视在功率越大，该电源的驱动能力也越大。

◼计算公式

视在功率：S=UI

有功功率：P=UIcosΦ

无功功率：Q=UIsinΦ

三者之间的关系

首先我们先介绍一下功率因数。

自从特斯拉先生将世界带入交流电时代之后，我们就多了一位新朋友----功率因数，功率因数的大小与电路的负荷性质有关，有些用电设备的功率因数=1，有些则＜1。

在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式为：

即cosφ（功率因数）=P/S。

S（视在功率）P（有功功率）Q（无功功率）之间有个功率三角形的关系（如下图）。

我们可以把三种功率画成功率三角形，两个直角边分别表示有功功率和无功功率，斜边表示视在功率，可得出S²=P²+Q²。

功率因素可以理解为变压器（交流电源）的利用率，范围在0–1之间。

纯电阻，cosφ=1；

纯电容、纯电感cosφ=0；

RL、RC、RLC电路cosφ是个小数。

人们采用功率因数的概念来表述电能的利用率。功率因数越接近1，说明有功功率的占比高，电能的利用率高；反之，功率因数越接近0，说明有功功率的占比低，电能的利用率则低。为了提高电能的利用率，就提出了“无功补偿”的概念。

无功功率的分类

无功功率可以根据其产生方式和特性进行分类，主要包括以下几种：

感性无功：这是由电感产生的无功功率。当电流矢量滞后于电压矢量90°时，就产生了感性无功。常见的感性无功源包括电动机、变压器线圈、晶闸管变流设备等。

容性无功：容性无功是由电容产生的无功功率。当电流矢量超前于电压矢量90°时，就会产生容性无功。常见的容性无功源包括电容器、电缆输配电线路、电力电子超前控制设备等。

基波无功：基波无功是与电源频率相等的无功功率。在电力系统中，基波无功通常与电源频率（如50HZ）相对应。

谐波无功：谐波无功是与电源频率不相等的无功功率。在某些特定的电力系统中，如二极管整流器带容性负载电路中，谐波无功可能会特别显著。

电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。

变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。

因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。

所以无功功率并非无用功，它实际上是工业的基础。

没有无功，只有阻性元器件产生的有功功率的话，根本无法建立起如今的工业繁荣。

在实际应用中，可能需要根据具体的电力系统和设备情况，对无功功率进行详细的测量和分析，以便采取适当的补偿措施。

下期我们聊聊“无功补偿”的真正作用！

审核编辑 黄宇