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无功功率真的没用吗

作者:www.cechina.cn2016.03.07

  在力学中,人推小车前行www.cechina.cn,只考虑其中向上的支撑力、向前的推力,如图1。只有推力做功,向上的支撑力不做功;但是如果没有向上的支撑力,小车无法前进,推力不能实现做功。


  图1小车前行中受力示意图

  在电学中,对于一些特定的负载,有功功率可类似成力学中的向前的推力,无功功率类似成向上的支撑力。可见无功功率也是不可或缺的。我们先来了解几个相关联的物理量含义。
  1)有功功率
  在交流电路中,有功功率是指一个周期内发出或负载消耗的瞬时功率的积分的平均值或消耗在负载上转换为其它能量的功率,即等效阻性负载所消耗的功率,常用P表示,单位W;
  2)无功功率:
  表示单位时间电路中电抗器(电感或电容)元件间能量交换规模的量。无功功率的大小表明了能量交换的能力。常用Q表示,单位Var;
  3)视在功率:指电路中电压有效值和电流有效值的乘积,用符号S表示,常用单位VA。用来表示电器设备最大可利用的容量;
  4)功率因数:有功功率和视在功率之比,反映了电力的利用率。
  感性电气设备运行中控制工程网版权所有,感性电流分量建立交变磁场,这种感性电流分量产生磁场能和电能相互转化,不转变成其它能量(如热能、机械能、化学能等),感性电流分量产生的功率在负载和电源之间往返,没有被消耗,称为无功功率;同样地对于容性负载,容性电压分量建立交变电场,电场能和电能相互转化,这种能量交换的规模也是无功功率。所以交流电路中电抗元件的特性是实现能量交换,存在电抗元件必然存在无功功率。
  电力系统中无功功率并非无用的功率,相反在电力中起着重要的作用。例如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。变压器也需要无功功率CONTROL ENGINEERING China版权所有,才能使变压器的一次侧线圈产生磁场,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,电压器就不会变压。
  在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,还需要从电源取得无功功率。在实际负载正常工作时,有功功率来完成工作;无功功率维持电磁场;视在功率为看上去消耗的功率,三者之间关系可用图2表示。标准正弦电路中,P、Q、S满足矢量三角形的关系:S=。


  图2三者之间的关系示意图

  虽然无功功率不被消耗,但是无功功率和有功功率一样都在供电线路上产生电流。电源和输电线路存在阻抗且电源容量是有限的,无功功率对供、用电也产生一定的不良影响:
  ◆ 视在功率一定时,增加无功就要降低变电设备的供电能力;
  ◆ 电网内无功功率的流动会造成线损增大和能耗增加;
  ◆ 造成低功率因数和电压下降,导致电气设备容量得不到充分利用。
  综上所述,无功功率有利也有弊,有功功率和无功功率就像跷跷板的各一端,无功和有功在某些电气设备中是不可或缺的;无功也参与了电源的能量交换www.cechina.cn,降低了发电机和电网的供电效率,供电部门当然希望无功越小越好。可采用无功功率补偿技术来改善功率因数,由无功功率源提供负载的无功电流控制工程网版权所有,提高供电效率。

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