视在功率有功功率无功功率.docx

1、视在功率有功功率无功功率视在功率中心说是电工学的新发展择要:在交流电的电感负载中消耗三种电功率,书中否认其中两个,只承认有功功率能做功,它代表电路中的总电能。但因无功功率和视在功率都是客观存在的事物,它们的变化必然对负载做功大小产生影响,所以在交电流中的总阻抗、总电流和总电压降都是用视在功率中的参数表示的。尤其是电路谐振现象已经得到了广泛的应用,不仅产生理论与实践的矛盾,还存在着理论与理论之间的矛盾。在当代电工书中讲的是“有功功率中心说”,在实践中应用的是“视在功率中心说”。对于电工来说,在实践中经常使用的是电流表、电压表和欧姆表,所测量的都是视在功率中的参数,总阻抗(欧姆、总电流(有效电流、

2、总电压降(有效电压。有功功率表很少使用,在配电盘上安装的更少;在电信技术中应用的是“品质因数”,而不是“有功功率因数”。又因为书中理论不能解答电路谐振现象是否产生能量问题?严重地影响了利用电容器节电工作,在经济上造成极大的损失。为了研究节电理论,通过对各种实践现象的分析,发现无功功率能做功,电路谐振产生能量问题,总结出符合实践的新学说“视在功率中心说”。新观点能说明交流电路中的一切现象和本质,能达到理论与实践的统一,宏观点与微观相一致的,理论与理论之间没有矛盾存在。对生产力的发展起着推动作用,其经济价值是巨大的。关键词:有功功率、无功功率、视在功率、谐振能正文:在当代电力能源紧张,电力供不应求

3、,研究节电工作是国家的头等大事。从实践中看,利用电容器节约电能效果很大,国家还把利用电容器节电列为重点的推广项目之一。但从理论方面解答不出利用电容器节电的真正原因,从节电的计算公式中也看不出节电的实际效果,尤其是不收无功功率电费(变相收,就使用电单位安装电容器得不到经济效益,用电单位领导就不同意安装电容器。因此探讨利用电容器节电的本质,改变收电费的方法,是推广利用电容器节电的关键。现在的情况是:实践走在理论的前边,理论阻碍了实践的发展,如果有了新的理论做指导,实践就会飞速向前。一、电工学的发展历史电工学与其它科学一样,是一步一步地向前发展,每走一步都要经过艰苦的历程。电工学的发展史可分为三个阶

4、段:1、在电工学的发展史上,首先应用的是直流电,它是电工学发展史上的第一个阶段。使社会的生产力发展向前迈出了一大步,从蒸汽机时代开始往电动机时代过度。2、因为实践的发展,人们发现交流电比直流电有更多的优点,在此阶段人们发明了变压器,为人类更好地应用交流电做出了巨大贡献。交流电的应用是电工学发展史上的第二个阶段。在这个阶段中,电动机完全代替了蒸汽机,社会的生产力向前发展更快。3、在交流电的广泛应用后,实践又向前发展。人类发明了电容器,又发现电路谐振时电流或电压会增大,人们又开始研究利用电路谐振现象。电容器的发明和电路谐现象的利用,使社会飞速地向前进。(1在电信技术中,人们利用电路谐振现象选择信号

5、,发明了收音机、电报、电话、电视和手机等推动了电信业和机械自动化的发展。从实践中看,如果没有利用电路谐振现象选择信号,就没有今天的自动化和现代化。(2在电力电网中,人们利用电力电容器补偿无功功率的损失,使电网中的电能增大,电压稳定负载做功增加。发电机的容量虽然是用有功功率表示的,但在运行中不能超过额定的电流和电压,如果没有电容器补偿无功功率,只能输出1/2的电能。因为无功功率在交流电路中是不可缺少的,不论是否承认它能做功,输出有功功率时都需要消耗一定数量的无功功率,电感负载(变压器和电动机做功也同样要消耗一定数量的无功功率,也就是说无功功率是无法消灭的。不从发电机中供给,也必须从其它地方供给。

6、如果在电力电网中不补偿无功功率,全社会就会缺少一半左右的电能,就会倒退几百年。因为电路谐振现象的广泛应用,又进一步推动生产力的发展,所以称电工学发展的第三个阶段。在第三阶段中,人们还在停留在感性认识阶段,只知道电路谐振现象有用处,不了解电路谐振时是否产生能量?这就产生一个大矛盾电路谐振现象不产生能量,为什么会有利用价值?从能量守恒定律方面分析:负载做功是由能量转变的,如果电路中的电能不增大,负载做功为什么会增加呢?电容器补偿无功功率与电路谐振是什么关系呢?有许多问题找不到答案。如果利用反思的方法,去分析研究以上的矛盾,就会得出异想不到的结果。即:发现无功功能做功,电路谐振时产生能量。从理论上说

7、明电路谐振的本质,使书中理论与实践的矛盾都迎刃而解了,这就是从感性认识发展到理性认识。二、电工学中的两种不同的学说世界上的一切事物都是互相联系的,在电工学中,因为对无功功率认识不同,就产生不同的学说:1、有功功率中心学(主要观点(1无功功率不消耗能量与它产生电压降的矛盾在电工书中,认为无功功率不消耗电能,也不能做功;就产生一个“有功功率中心说”。在当代电工书中虽然没有这个提法,这个名词,但实际上就是这个观点。(2不同负载利用相同公式计算与实践相矛盾在交流电功率中,书中讲的三种电功率,否认了其中的两个,无功功率和视在功率都没有实际意义。人们把有功功率当成总电能,认为电能做功都是由有功功率转变的。

8、电功率计算公式只有一个,这就是:P=IUCOS。如果利用此计算公式计算,电动机转子中的导体就应利用电阻大的材料,因为电阻越大有功功率因数越高。但在实践中电动机转子中的导体是利用电阻小的材料,产生理论与实践的矛盾。(3电路谐振不产生能量与电路谐振现象的广泛应用相矛盾在“有功功率中心说”中,不承认电路谐振时产生能量,但在实践中还要利用电路谐振现象,不难看出不产生能量与电路谐振现象广泛应用是矛盾的。因为“有功功率中心说”存在着理论与实践的矛盾,实践是客观的,不是由人们的意识能改变的,要想达到理论与实践的统一,就必须提出新的理论。2、视在功率中心说(主要观点(1有电压降就有能量消耗从无数实践中得知:在

9、交流电路中存在的感抗和阻抗是消耗电能的主要原因,因感抗是客观存在的事物(它不是虚数所以它产生电压降,电压降就是消耗能量的根据,无功功率有实际的量纲存在,它的存在对其它事物产生影响,对电源来说它消耗电能,对负载来说做功大小与无功功率的变化有关系;通过对实践现象的分析,产生一个“视在功率中心说”。在当代电工书中虽然也没有这个提法,也没有这个名词,但它是从实践中总结出来的,是一个新事物。在交流电功率中,书中讲的三种电功率,都有它的实际意义。(2不同负载利用不同公式计算根据功率三角形中分析:视在功是三角形的斜边,它可以代表整体,是有功功率与无功功率的矢量和,可以代表“总电能”。有功功率和无功功率分别是

10、三角形的一个直角边,它们都是代表部分,部分不能代替整体,有功功率不能代表总功率。因为电能做功时需要的能量不同,主要做功功率也不同。需要热能做功时,利用有功功率公式计算。P=IUCOS;如果利用磁埸能做功,在设计时就选择无功功率公式计算。Q=IUSin。在电动机转子中,因为有功功率也产生磁埸,在计算做功功时就要利用视在功率计算。电功率总公式为:P=IU。此公式对纯电阻负载(电感=0也适用。(3因为电路谐振时产生能量,所以才有利用价值在交流电路中,负载做功是由能量转变的。如果电路谐振时,不产生能量就不会在实践中得到应用。现在电路谐振现象能得到广泛的利用,说明它一定会与能量有关系,电路谐振时产生能量

11、的观点与它在实践中的应用是相符合的。三、有功功率中心说与视在功率中心说的共同点两种学说观点虽然不同,但也存在着相同之处。因为“有功功率中心说”是“视在功中心说”的基础,“视在功率中心说”是“有功功率中心说”的发展,因此两个学说有共同点。1、在交流电路中的电阻、电流和电压计算公式是一样的,也就是说,当代的电工书中的电阻、电流和电压计算公式,没有错误,都是符合实践的。2、在交流电功率计算中,功率三角形的计算公式是一样的,在设计时电阻或电感负载选择的材料是相同的。纯电阻负载用电阻大的材料,电感负载用电阻小的材料。3、无功功率是客观存在的事物,电路谐振时电流或电压增大的现象是公认的。4、电路谐振现象的

12、应用,观点也是一样的。在当代人们虽然不承认电路谐振时产生能量,但对电路谐振现象的应用是大力提倡的,尤其是对电力系统中,利用电容器补偿无功功率方面观点是相同的。四、有功功率中心说与视在功率中心说的不同点同一事物有两种不同的观点,哪种观点是正确的呢?俗话说:“不怕不识货,就怕货比货”。因为实践是检验真理的唯一标准,哪种理论符合实践现象,能反映实践的本质,哪种理论就是真理。1、在纯电感负载中,对瞬时的平均功率计算不同(1有功功率中心说:认为瞬时平均功率,等于瞬时功率代数和的平均值。因为书中讲的是纯电感电路,假设纯电阻为零,瞬时功率是无功功率的瞬时值,如果说是有功功率为“零”,是所问非所答。如果是无功

13、功率瞬时平均功率为“零”,此种计算与无功功率量纲的存在相矛盾。(2视在功率中心说:根据无功功率是客观存在的事实,并且能测量出它的大小,瞬时平均功率不会等于“零”。瞬时平均功率应等于瞬时功率绝对值和的平均值,此种计算与实践相一致。2、对电流与电压的相位差,认识不同(1有功功率中心说:书中把宏观功的计算公式,应用在交流电功率计算当中,其公式为:P=IUC OS;按此公式计算,无功功率无量纲。在纯电感负载中:P=S=0,不符合事实。(2视在功率中心说:因为时间角度与空间角度不同有功功率又叫平均功率。交流电的瞬时功率不是一个恒定值,功率在一个周期内的平均值叫做有功功率,它是指在电路中电阻部分所消耗的功

14、率,对电动机来说是指它的出力,以字母P表示,单位为千瓦(k W。无功功率:在具有电感(或电容的电路里,电感(或电容在半周期的时间里把电源的能量变成磁场(或电场的能量贮存起来,在另外半周期的时间里又把贮存的磁场(或电场能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换,并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的振幅值叫做无功功率,以字母Q 表示,单位干乏(kvar。视在功率:在具有电阻和电抗的电路内,电压与电流的乘积叫视在功率,以字母S或符号P s表示,单位为千伏安(kV A。有功功率、无功功率、视在功率三者关系可以用功率三角形表示怎样计算有功功率、无功功率和视在功率以及它们三者的关系有功功率:在交流电

15、路中,每个瞬时的有功功率是不同的,且不断变化,一般用平均有功功率(一个周期内功率的平均值来度量电路中消耗能量的情况。对于单相交流电路,计算公式为: P=UICOS式中 P有功功率(瓦 U交流电压有效值(伏、I交流电流有效值(安、 COS负载的功率因数。有功功率的单位是瓦(W或千瓦(KW、兆瓦(MW。当负载为纯电阻时,电压与电流相同,=0,COS=1,电阻消耗的功率全部是有功功率(P=UI。当负载是纯电感或纯电容时,电压和电流的相位差=90,COS=0,有功功率 P=0,所以纯电感或纯电容负载是不消耗有功功率的。无功功率:为了衡量交换能量的司情况,人们用能量交换过程中功率的最大值(即瞬时功率的最

16、大值来表示无功功率。根据公式推导,无功功率Q的计算公式为:Q=UISin式中 Sin交流电压与电流相位差的正弦值。无功功率的单位是乏(var或千乏(Kvar、兆乏(Mvar。当负载为纯电感或纯电容时,= 90,sin=1,所以Q=UI,即只有无功功率而不消耗有功。当负载为纯电阻时,=0,sin=0,所以Q=0,即只消耗有功功率而不需要无功。视在功率:在一般交流电路中,输送的电功率中即有有功成分,又有无功成分,因此其电压有效值与电流有效值的乘积,即不是有功功率,也不是无功功率,而是它们的合成量,这个合成量就叫视在功率,用字母S表示 S =UI视在功率的单位为伏安(VA,或千伏安(KVA、兆伏安(

17、MVA。交流发电设备都是按照规定的电压和电流进行设计和使用的,所以有时用视在功率表示设备的容量是比较方便的,例如变压器的容量就是指它的视在功率。视在功率S、有功功率P、无功功率 Q三者之间的数量关系,恰好相当于直角三角形的三边关系,S相当于斜边,P和Q相当于两条直角边。称为功率三角形,其换算公式如下 S=Q+P cos=P/S由此可见功率因数cos可以定义为,负载消耗的有功功率与其视在功率的比值,它表征了负载消耗的有功功率在视在功率中所占比例。1-2 有功功率和无功功率交流电力系统需要两部分能量,一部分电能用于做功被消耗,它们转化为热能、光能、机械能或化学能等,称为有功功率,另一部分能量用来建

18、立磁场,作为交换能量使用,对外部电路并未做功,它们由电能转换为磁场能,再由磁场能转换为电能,周而复始,并未消耗,这部分能量称为无功功率。无功功率并不是无用之功,没有这部分功率,就不能建立感应磁场,电动机、变压器等设备就不能运行。除负荷需要无功外,线路电感、变压器电感等也需要。在电力系统中,无功电源有:同步发电机、同步调相机、电容器、电缆及架空线路电容,静止补偿装置等,而主要无功负荷有:变压器、输电线路、异步电动机、并联电抗器。设负荷视在功率为S,有功功率为P,无功功率为Q,电压有效值为U,电流有效值为I,则功率三角形如图1-3。图中:P=Scos= U IcosQ= Ssin= U IsinS

19、= U I有功功率常用单位为瓦或千瓦,无功功率为乏或千乏,视在功率为伏安或千伏安,相位角为有功功率与视在功率的夹角,称为力率角或功率因数角,cos表示有功功率P和视在功率S的比值,称为力率或功率因数。图1-3 功率三角形在感性电路中,电流落后于电压,0,Q为正值,而在容性电路中,电流超前于电压,0,Q为负值。无功功率与功率因数许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的,如配电变压器、电动机等,它们都是依靠建立交变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电功率,只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已;因此在供用电系统中除了需要有

20、功电源外,还需要无功电源,两者缺一不可。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cos,其计算公式为:cos=P/S=P/(P2+Q21/2在电力网的运行中,功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度,我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小,视在功率将大部分用来供给有功功率,从而提高电能输送的功率。1影响功率因数的主要因素(1大量的电感性设备,如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计,在工矿企业所消耗的全部无功功率中,异步电动机的无功消耗占了60%70%;而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的

21、60%70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。(2变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%15%,它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而,为了改善电力系统和企业的功率因数,变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。(3供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10%时,由于磁路饱和的影响,无功功率将增长得很快,据有关资料统计,当供电电压为额定值的110%时,一般无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时,无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以,应当采取措施使电

22、力系统的供电电压尽可能保持稳定。编辑本段无功补偿的一般方法无功补偿通常采用的方法主要有3种:低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。(1低压个别补偿:低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接,它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机的无功消耗,以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方

23、便灵活、维护简单、事故率低等优点。(2低压集中补偿:低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧,以无功补偿投切装置作为控制保护装置,根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行,做不到平滑的调节。低压补偿的优点:接线简单、运行维护工作量小,使无功就地平衡,从而提高配变利用率,降低网损,具有较高的经济性,是目前无功补偿中常用的手段之一。(3高压集中补偿:高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的610kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端,用户本身又有一定的高压负荷时,可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作

24、用;补偿装置根据负荷的大小自动投切,从而合理地提高了用户的功率因数,避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护,补偿效益高。编辑本段采取适当措施,设法提高系统自然功率因数提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资,仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率,这是一种最经济的提高功率因数的方法。(1合理使用电动机;(2提高异步电动机的检修质量;(3采用同步电动机:同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小,而无功功率取决于转子中的励磁电流大小,在欠励状态时,定子绕组向电网吸取无功,在过励状态时,定子绕组向电网送出无功。因此,对于恒速长期运行的大型机构设备可

25、以采用同步电动机作为动力。异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流,使其呈同步电动机运行,这就是异步电动机同步化。(4合理选择配变容量,改善配变的运行方式:对负载率比较低的配变,一般采取撤、换、并、停等方法,使其负载率提高到最佳值,从而改善电网的自然功率因数。编辑本段无功电源电力系统的无功电源除了同步电机外,还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器,这4种装置又称为无功补偿装置。除电容器外,其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。(1同步电机:同步电机中有发电机、电动机及调相机3种。同步发电机:同步发电机是唯一的有功电源，同时又是最基本的无功电源，当其

26、在 额定状态下运行时，可以发出无功功率： Q=Ssin=Ptg 其中:Q、S、P、 是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和功率 因数角。 发电机正常运行时,以滞后功率因数运行为主,向系统提供无功，但必要 时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的进相运行，以吸收系统 多余的无功。 同步调相机: 同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系 统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入 或输出的无功功率，这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响 应速度慢，近来已逐渐退出电网运行。 并联电容器： 并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源，由于通

27、过电容器 的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞 后，由此可视为向电网发?quot;无功功率： Q=U2/Xc 其中：Q、U、Xc 分别为无功功率、电压、电容器容抗。 并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无 功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。 静止无功补偿器： 静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶 闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压 变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同 时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性； 但由于晶闸管控制

28、对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专 门的滤波器。 静止无功发生器： 它的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电 容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电 抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地 改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。 与静止无功补偿器相比， 静止无功发生器响应速度更快， 谐波电流更少， 而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。 容量 620KW,功率因数 0.8,视在功率 542KVA,无功功率应该是多少?有公式 吗？ 悬赏分：0 - 离问题结束还有 5 天 22 小时 无功功率是怎样算出来的? 提问者： 2007xinwei2007 - 经理 四级 视在功率（有功功率的平方无功功率的平方）开根号 有功功率视在功率功率因数 在本计算中 P 有功S 视在cos5420.8=433.6KW Q 无功=(542542433.6433.6325.2KVAR 或者根据 cos 求出 sin 得出 37 sin0.6 QS sin=5420.6325.2KVAR