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【电子技术】有功功率与无功功率的理解分析-KIA 98858vip威尼斯

信息来源:本站 日期:2022-01-25 

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【电子技术】有功功率与无功功率的理解分析-KIA 98858vip威尼斯


在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种:一种是有功功率,一种是无功功率。电压电流同相位,电源向负载供电,负载把电能转换成其他能量,叫有功。


电压电流不同相位部分,电源与负载之间交换电能,这部分(除线路损耗外)电能不转换(电磁以外的)成其他能量,叫无功。


有功功率 无功功率


有功功率

有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如: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)。


有功功率:在交流电路中,电源在一个周期内发出瞬时功率的平均值(或负载电阻所消耗的功率),称为"有功功率"。有功功率过低导致线损增加、容量下降、设备使用率下降,从而导致电能浪费加大。


无功功率

电网中的感性负载(如电机,扼流圈,变压器,感应式加热器及电焊机等)都会产生不同程度的电滞,即所谓的电感。


感性负载具有这样一种特性 -----即使所加电压改变方向,感性负载的这种滞后仍能将电流的方向(如正向)保持一段时间。一旦存在了这种电流与电压之间的相位差,就会产生负功率,并被反馈到电网中。电流电压再次相位相同时,又需要相同大小的电能在感性负载中建立磁场,这种磁场反向电能就被称作无功功率。


定义:在具有电感或电容的电路中,在每半个周期内,把电源能量变成磁场(或电场)能量贮存起来,然后,再释放,又把贮存的磁场(或电场)能量再返回给电源,只是进行这种能量的交换,并没有真正消耗能量,我们把这个交换的功率值,称为" 无功功率"。


无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。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40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示,单位为乏(Var)或千乏(kVar)。


有功功率 无功功率


无功功率过高的缺点:

1)无功功率会导致电流增大和视在功率增加,导致系统容量下降;

2)无功功率增加,会使总电流增加,从而使设备和线路的损耗增加;

3)使线路的压降增大,冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。


配电网中的电感性电气设备如变压器、电动机、电焊机、空调器、洗衣机、电冰箱、钠灯、日光灯等投入运行后,不仅要从电力网中吸收有功功率用于做功,而且还要吸收无功功率建立磁场,这样就导致电力客户的自然功率因数一般都比较低。我国对电力客户的用电,规定了必须达到的功率因数标准。


无功功率决不是无用功率,它的用处很大。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。


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?


在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,那么,这些用电设备就不能维持在额定情况下工作,用电设备的端电压就要下降,从而影响用电设备的正常运行。


无功功率对供、用电产生一定的不良影响,主要表现在:

(1)降低发电机有功功率的输出。

(2)降低输、变电设备的供电能力。

(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

(4)造成低功率因数运行和电压下降,使电气设备容量得不到充分发挥。


从发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。


有功功率和无功功率的区别

1、单位不同

有功功率交流电的瞬时功率不是一个恒定值,以字母P表示,单位瓦特。而无功功率指的是为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率,单位是千乏,用Q表示。


2、电流不同

有功功率过低导致线损增加、容量下降、设备使用率下降,从而导致电能浪费加大。无功功率会导致电流增大和视在功率增加,导致系统容量下降。


3、计算公式不同

有功功率P=IUCOSφ,实有功功率P、无功功率Q、视在功率S就是一直角=形的三条变,S为斜边,P、Q为两直角变,P、Q就是把S正交分解出来的两个分量,P^2+Q^2=S^2 (勾股定理)。功率因数就是P/S,也就是cosθ, 0就是相角,即电压与电流之间的角。无功功率=I*U*sinφ。


注意事项:

当负载电阻远远大于电流线圈的电阻时,应采用电压线圈前接法。这时电压线圈的电压是负载电压和电流线圈电压之和,有功功率表测量的是负载功率和电流线圈功率之和。如果负载电阻远远大于电流线圈的电阻,则可以略去电流线圈分压所造成的影响,测量结果比较接近负载的实际功率值。


当负载电阻远远小于电压线圈电阻时,应采用电压线圈后接法 。这时电压线圈两端的电压虽然等于负载电压,但电流线圈中的电流却等于负载电流与有功功率表电压线圈中的电流之和,测量时功率读数为负载功率与电压线圈功率之和。由于此时负载电阻远小于电压线圈电阻,所以电压线圈分流作用大大减小,其对测量结果的影响也可以大为减小。



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