無(wú)功功率真的沒(méi)用嗎?
無(wú)功功率是無(wú)用的功率嗎,所以其數(shù)值越小越好?無(wú)功功率不消耗能量,大小多少有無(wú)是否不用考慮?難道無(wú)功功率真的不重要,可用可無(wú)?
在力學(xué)中,人推小車(chē)前行,只考慮其中向上的支撐力、向前的推力,如圖1。只有推力做功,向上的支撐力不做功;但是如果沒(méi)有向上的支撐力,小車(chē)無(wú)法前進(jìn),推力不能實(shí)現(xiàn)做功。
圖1小車(chē)前行中受力示意圖
在電學(xué)中,對(duì)于一些特定的負(fù)載,有功功率可類(lèi)似成力學(xué)中的向前的推力,無(wú)功功率類(lèi)似成向上的支撐力。可見(jiàn)無(wú)功功率也是不可或缺的。我們先來(lái)了解幾個(gè)相關(guān)聯(lián)的物理量含義。
1) 有功功率
在交流電路中,有功功率是指一個(gè)周期內(nèi)發(fā)出或負(fù)載消耗的瞬時(shí)功率的積分的平均值或消耗在負(fù)載上轉(zhuǎn)換為其它能量的功率,即等效阻性負(fù)載所消耗的功率,常用P表示,單位W;
2) 無(wú)功功率:
表示單位時(shí)間電路中電抗器(電感或電容)元件間能量交換規(guī)模的量。無(wú)功功率的大小表明了能量交換的能力。常用Q表示,單位Var;
3) 視在功率:指電路中電壓有效值和電流有效值的乘積,用符號(hào)S表示,常用單位VA。用來(lái)表示電器設(shè)備最大可利用的容量;
4) 功率因數(shù):有功功率和視在功率之比,反映了電力的利用率。
感性電氣設(shè)備運(yùn)行中,感性電流分量建立交變磁場(chǎng),這種感性電流分量產(chǎn)生磁場(chǎng)能和電能相互轉(zhuǎn)化,不轉(zhuǎn)變成其它能量(如熱能、機(jī)械能、化學(xué)能等),感性電流分量產(chǎn)生的功率在負(fù)載和電源之間往返,沒(méi)有被消耗,稱(chēng)為無(wú)功功率;同樣地對(duì)于容性負(fù)載,容性電壓分量建立交變電場(chǎng),電場(chǎng)能和電能相互轉(zhuǎn)化,這種能量交換的規(guī)模也是無(wú)功功率。所以交流電路中電抗元件的特性是實(shí)現(xiàn)能量交換,存在電抗元件必然存在無(wú)功功率。
電力系統(tǒng)中無(wú)功功率并非無(wú)用的功率,相反在電力中起著重要的作用。例如電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的。變壓器也需要無(wú)功功率,才能使變壓器的一次側(cè)線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng),在二次線(xiàn)圈感應(yīng)出電壓。因此沒(méi)有無(wú)功功率,電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),電壓器就不會(huì)變壓。
在正常情況下,用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率,還需要從電源取得無(wú)功功率。在實(shí)際負(fù)載正常工作時(shí),有功功率來(lái)完成工作;無(wú)功功率維持電磁場(chǎng);視在功率為看上去消耗的功率,三者之間關(guān)系可用圖2表示。標(biāo)準(zhǔn)正弦電路中,P、Q、S滿(mǎn)足矢量三角形的關(guān)系:S=。
圖2三者之間的關(guān)系示意圖
雖然無(wú)功功率不被消耗,但是無(wú)功功率和有功功率一樣都在供電線(xiàn)路上產(chǎn)生電流。電源和輸電線(xiàn)路存在阻抗且電源容量是有限的,無(wú)功功率對(duì)供、用電也產(chǎn)生一定的不良影響:
l 視在功率一定時(shí),增加無(wú)功就要降低變電設(shè)備的供電能力;
l 電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率的流動(dòng)會(huì)造成線(xiàn)損增大和能耗增加;
l 造成低功率因數(shù)和電壓下降,導(dǎo)致電氣設(shè)備容量得不到充分利用。
綜上所述,無(wú)功功率有利也有弊,有功功率和無(wú)功功率就像蹺蹺板的各一端,無(wú)功和有功在某些電氣設(shè)備中是不可或缺的;無(wú)功也參與了電源的能量交換,降低了發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的供電效率,供電部門(mén)當(dāng)然希望無(wú)功越小越好。可采用無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)來(lái)改善功率因數(shù),由無(wú)功功率源提供負(fù)載的無(wú)功電流,提高供電效率。
關(guān)鍵詞: 無(wú)功功率
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