详解有功、无功、功率因数

电工电力论坛

2021年6月8日 11:32

在

变电站投运这么令人激动的时刻，大家最喜欢问的便是“功率对不对”、“功率怎么是负的”、“功率因数什么意思”，这时您该怎么回答呢？小电工在很久很久以前，大概还是上高中的时候是很会计算这些的，但是究竟为什么存在有功、无功、功率因数，小电工就不明就里了，本期就请和小电工一起来探讨这些内容吧。

有功功率

定义

有功功率是将电能转化为其他形式的能量（机械能、光能、热能）的电功率，以字母P表示，主要单位有瓦（W）、千瓦(KW)、兆瓦(MW)。大家知道交流电的功率不是一个恒定值，瞬时功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，因此有功功率也通常被称作平均功率。

计算

三相有功功率P=3UpIpcosΦ，电力系统都是A、B、C三相，因此计算时不要忘记乘以3，否则怎么算都不能跟装置显示值对应起来。在这个公式里(Φ)为电压和电流的相位差。这个相位差的余弦值cosΦ（在谐波忽略不计的情况下）就是我们常说的功率因数。

方向

电力系统中讨论有功功率的问题时，多会讨论它的方向性，投运的变电站大家问题最多的也集中在“有功功率方向为什么有的正、有的负”。一般来说，流出母线有功功率为正，流入母线有功功率为负。

举个通俗一点儿的例子，拿一个大灯泡直接接在 35kV母线上（当然这是违反安规也不符合电力常识的，请勿模仿！），电能量被转化成了光和热，这个时候电流的方向是从母线流入灯泡的，此时灯泡在消耗功率，所以有功功率为正。相反，拿一个手摇式发电机接入35kV母线，发电机在给母线设备提供功率，电流流入母线，此时有功功率为负。

无功功率

定义

许多用电设备都是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，他们都是依靠交变的磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此所谓的“无功”并不是“无用的功率”，只不过是他的功率并不转化成机械能、热能而已。因此在供电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。
凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40W的日光灯，除了需要40W的有功功率来发光外，还需要80var左右的无功功率供镇流器的线圈建立建立交变磁场。

计算

无功功率Q=UIsinφ

有功无功间的联系

帅哥与美女

小电工没事儿也刷个微博啥的，看到了一个很好的段子，跟大家分享下。

有个帅哥用一个手推车搬家，把东西都挂在前面，帅哥一边压着车把一边推，累的满头大汗；过来一个美女，坐在推车的后面，哈哈，帅哥不用压着车把了，一下轻了不少。帅哥推得又轻松又惬意...

帅哥使劲压着车把的力是无功电流，克服摩擦力往前的推力是有功电流，把东西推到目的地是有功。

美女就是无功补偿。没有无功补偿，供电系统也能工作，就是累点，耗能厉害；有了美女，男女搭配，干活不累，效率高，还开心。

东西在前面，美女在后面，是容性无功。
东西在后面，美女在前面，是感性无功。

视在功率

定义

视在功率S，衡量一个用电设备对上级供电设备的功率需求，也就是说为确保网络能正常工作，外电路需传给该设备的能量。它不表示交流电路实际消耗的功率，只表示电路可能提供的最大功率或电路可能消耗的最大有功功率。

计算

三相视在功率S=3UpIp，此处Up为相电压，但是视在功率一般采用线电压计算，此时应为

,此处U为线电压。

功率因数

定义

电压跟电流相位差的余弦值（谐波忽略不计的情况下）叫做功率因数。功率因数的大小与电路的负荷性质有关，白炽灯、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负荷（电焊机、空调等）的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统中一个重要的技术数据。他是衡量电气设备效率高低的一个系数，功率因数低说明用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备利用率，增加了线路供电损失。

计算

功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。

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详解有功、无功、功率因数的图2