无功功率
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有功功率和无功功率
有功功率是指电机,电灯和其他电器消耗的有方向的功率。
有功功率是指在电路中用
功的有方向的功率,通常反映的是电路的功能特性,其把电能转化为机械能功率或热能功率。
例如,带有湿度调节装置的小型洗衣机,它消耗的有功功率将作为洗衣机的工作功率
进行调节,从而控制洗衣机的湿度。
无功功率是指电路中消耗的功率称为无功功率。
无功功率是指在电路中用功的宽大的
功率,它一般反映的是电流的特性,它给电路提供电压,并使电流通过电路以正确的方向
流动。
无功功率通常用于配置电容器或电感器,以改善电路的特性性能,稳定传输的中心
电压,以及帮助安全的负载传输。
例如,低压控制装置带有安全无功功率控制电路,该电
路可以保护电气设备和电力系统不受电压波动的影响。
电功率是电路中十分重要的性能参数,它可以确保电路功能正常,设备可以正常工作,同时还要求电路能够满足能源管理的要求。
电机的无功功率电机的无功功率是指电机在运行过程中所消耗的无功电能的速率。
无功功率是电机的一种重要指标,它与电机的功率因数密切相关,对电机的运行效率和能耗有着重要影响。
无功功率是由电机的电感和电容元件引起的,主要表现为电流滞后于电压,造成电流和电压之间存在一定的相位差。
在交流电路中,电流和电压的相位差会导致一部分电能在电路中来回传输,形成无效功率,这部分功率即为无功功率。
在电机的运行过程中,无功功率主要表现为电机的感性无功功率和容性无功功率。
感性无功功率是由电感元件引起的,主要表现为电流滞后于电压,使得电机吸收无功电能;容性无功功率是由电容元件引起的,主要表现为电流超前于电压,使得电机释放无功电能。
电机的无功功率对电机的运行和性能有着重要影响。
首先,无功功率的存在会造成电机的视在功率增大,从而降低了功率因数。
功率因数是衡量电机能量利用效率的重要指标,功率因数越高,电机的能耗越低。
当电机的功率因数较低时,不仅会造成电网的能量浪费,还会增加电网的负担,影响电网的稳定运行。
无功功率的存在会导致电机的效率下降。
电机的效率是指电机输出功率与输入功率之比,也是衡量电机能量转换效率的指标。
当电机的无功功率增加时,电机的有功功率相对减少,从而导致电机的效率下降。
电机的效率下降不仅会增加电机的能耗,还会使电机产生过多的热量,影响电机的寿命和安全性。
无功功率的存在还会引起电机的电压波动和电网的电压质量问题。
当电机的无功功率增加时,会导致电机的电流波动加剧,进而引起电网的电压波动。
电压波动会对电网的稳定运行产生不利影响,甚至引起其他电器设备的故障。
因此,合理控制电机的无功功率是保障电网电压质量的重要措施。
为了降低电机的无功功率,可以采取一些措施。
首先,可以通过优化电机的设计和选择合适的电机型号,减小电机的感性无功功率和容性无功功率。
其次,可以通过安装功率因数校正装置,对电机的功率因数进行补偿,提高电机的功率因数,降低无功功率的消耗。
无功功率(wattless power )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cosφ,其计算公式为:cosφ=P/S=P/(P2+Q2)1/2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,应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
无功功率的基本概念1.什么是无功功率?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。
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,就需要无功功率。
无功电能是沟通电应用中必不行少的电能,但是,即非无用功率,它的主要作用就是作能量的转换工作,就是把电能转换为磁场能,然后将磁场能再转换为机械能,也就是电动机的工作原理。
变压器是将电能转换为磁场能,再是将磁场能转换成电能。
虽然,它只是起到了一个能量转换的作用,但是,这个能也有电流,来回在供电线路上,虽然,它是不消耗功率,但是,作用很大,而且是必需要用到的,所以,将这个能称之为无功电能,这个功率,就称之为无功功率。
2.也可以这样解释;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。
什么是功率因数?假如你知道什么是无功功率,那么,你也知道,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。
一般终端用户电压多称之为低压电路的,特殊是工厂的动力用电,它属于电感性电器,用户电感性电器设备需要大量的无功功率,这是必定的。
3.沟通电在电能输送中的二种功率;沟通电力系统的运行,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。
在沟通电路的电力输送过程中,又由于,导线的输送电能的截面积有限,给设备供应的电流一方面是有功功率的电流,另一方面还需要供应无功功率的电流,才能保证感性设备的正常运行。
无功功率的计算公式
无功功率是指电力系统中产生有损无功功率的机械设备发出的功率。
无功功率主要由电力系统中的可充电储能设备和无限源负责。
无功功率产生的原理是:可源电压和电流是在永久性不变的电力系统中以固定比例变化,它们之间可以总电压、总电流或相位角。
由于可源、储能设备和无限源的功率是不可控的,因此无功功率的计算必须采用前沿的技术来确定。
无功功率的计算可以通过基于电压相位、电流相位、总有功或总无功的方法来实现。
当总功率由电力系统的主要发电机的容量来确定时,可以采用容量相位或功率因数法来获得无功功率。
容量相位法计算无功功率的公式:无功功率=容量*总电流*sin (相减角)。
功率因数法计算无功功率的公式:无功功率=总功率*sin(功率因数-1)。
总之,无功功率的计算在电力系统中有着重要的意义,一般来说,采用的计算公式有容量相位法,功率因数法以及基于总有功功率和总无功功率的方法,从而建立无功功率的计算模型。
以上三种计算方法都可以估算出无功功率,只要在数据库中保存相应的测量系统参数,就可以实时计算出无功功率。
无功功率的基本知识1.1什么是电力系统中的无功功率?1、电力系统从源头发电机到终端设备都是由非纯阻性元件组成的,因此必然存在无功功率的交换。
2、电感元件或电容元件虽然不消耗功率,但功率P瞬时值按正弦规律正负交替变化,这说明元件与外电路在不断的进行着能量交换。
因此电感电容元件的瞬时功率又称为交换功率。
元件交换功率的幅值越大,表面同样时间内“吞吐”的能量就越多,也即能量交换的规模越大。
基于上面的分析,可得如下结论:电感元件的瞬时功率的幅值,可以作为衡量电感或电容元件与外电路能量交规模的指标,并称之为电感或电容元件的无功功率,用符号Q表示。
则Q=UI无功功率的单位为var。
3、然而电力系统中大部分的无功功率并非无用的功率,相反在电力传输当中起着什么重要的作用。
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,磁场交变就需要与电源进行能量交换。
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功电源外,还需要无功电源,两者缺一不可。
1.2为什么要进行无功补偿?一、减低电力系统网络损耗。
当电力系统运行时,在线路和变压器中将要产生功率损耗和电能损耗。
通常配电网的损耗是由两部分组成的:一部分是与传输功率有关的损耗。
它产生在输电线路和变压器的串联阻抗上,传输功率愈大则损耗愈大,这种损耗叫变动损耗,在总损耗中所占比重较大;另一部分损耗则仅与电压有关,它产生在输电线路和变压器的并联导纳上,如输电线路的电晕损耗、变压器的励磁损耗等,这种损耗叫固定损耗。
电力系统的有功功率损耗不仅大大增加了发电厂和变电所的设备容量,同时也是对动力资源的额外浪费。
电能损耗还密切影响到电能成本,从而影响整个国民经济的效益。
电力系统各元件中的无功功率损耗相对来说较有功功率损耗还大,由于无功功率损耗要有发电机或其他无功电源来供给,因此在众多发、输电设备视在容量为一定的条件下,无功功率的增大势必相应减少发、输电的有功功率,即减少发、输电容量。
有功功率、无功功率与视在功率的区别
有功功率是指实际被用于做功的功率,也就是在交流电路中直接转化为机械能或其他形式的功率。
它是真实的能量转化的表现形式,单位是瓦(W)。
无功功率是由交流电路中的电容器和电感器所产生的功率,这些电器件在交流电路中不直接转换为功率,而是用来储存和释放能量,维持电压和电流的稳定。
无功功率的单位是乏(VAR)。
视在功率是有功功率和无功功率的总和,它是交流电路中所需的总功率。
它的单位是伏安(VA)。
总之,有功功率是交流电路中实际用于做功的功率,无功功率是交流电路中用于储存和释放能量的功率,而视在功率则是总用电功率。
无功计算公式电力系统是工业化国家的重要基础设施,无功补偿是电力系统中的重要组成部分,它可以纠正系统中功率因数低于一定值的异常。
因此,正确计算电力系统中无功功率的公式非常重要。
无功公式可以分为两类:三相四线系统公式和三相三线系统公式。
在三相四线系统中,无功功率可以用以下公式计算:无功功率 = P = VAB*IAB*cosφAB+VBC*IBC*cosφBC+VCA*ICA*cosφCA其中,VAB、VBC、VCA分别表示三个相的电压,IAB、IBC、ICA分别表示三个相的电流,φAB、φBC、φCA分别表示三个相的功率角。
在三相三线系统中,无功功率可以用以下公式计算:P = VAB*IA*cosφA+VBC*IB*cosφB+VCA*IC*cosφC 其中,VAB、VBC、VCA分别表示三个相的电压,IA、IB、IC分别表示三个相的电流,φA、φB、φC分别表示三个相的功率角。
无功功率的计算不仅包括上述两类无功公式,还包括其他各种形式的无功公式,如单相系统的无功公式,以及在电力系统中经常出现的纯电势、纯电流、混合电气状态下的无功计算公式等等。
另外,为了正确计算电力系统中的无功功率,有时需要考虑一些特殊情况,如窃电,三相电压不平衡和一致,晶闸管中的过电流保护,多星变电站的无功补偿等等。
由于电力系统的发展,无功计算公式也在不断发展和完善,正确的计算无功功率对于保障电力系统安全运行至关重要。
因此,经常更新和学习最新的电力系统无功计算公式尤为重要,有助于更好地满足电力系统安全运行的需要。
电力系统中的无功计算公式非常重要,它可以帮助我们更准确地计算出无功功率,有助于更好地满足电力系统安全运行的需要。
同时,也需要考虑一些特殊情况,如窃电、三相电压不平衡和一致等等,以更好地计算电力系统中的无功功率。
只有通过正确计算电力系统中的无功功率,才能确保电力系统安全、可靠运行。
无功功率的作用和害处在理解无功功率之前,我们需要了解一些基础知识。
电力运行中除了有有功功率,还有无功功率和视在功率。
有功功率是电能转换为其他形式能量(如热能、机械能)的功率,它是实际功率。
无功功率是电能来回交换,在电路中只产生磁场和电场,不做功的功率。
视在功率是有功功率和无功功率的代数和,代表电气设备工作的总功率。
无功功率的作用虽然无功功率不会转化为其他形式的能量,但是它在电气工程中却起到了重要的作用。
以下是无功功率的一些作用:维持电网电压稳定电压是电力系统中非常重要的一个参数,电压不能过高或过低,否则会影响设备的正常工作。
在电力系统中,缺少足够的无功功率会导致电网电压降低并可能崩溃。
在电力系统中,通过静态无功发生器(SVC)、静态无功补偿器(STATCOM)等设备,可以提供所需要的无功功率来稳定电网电压,保证电力系统的正常运行。
提高输电效率在输电过程中,由于电缆的电感,导致电流“滞后”于电压。
这导致实际输送的能量小于理论值。
而通过电容补偿,可以提供所需的无功功率来抵消滞后的电流,提高输电效率。
减少设备损耗在工业生产线中,经常使用电动机和电力系统,而电动机的运转会导致电力系统中的无功功率增加。
这些无功功率会造成导线、互感器和变压器中的额外损耗。
通过使用电容器、电感器等设备来提供所需的无功功率,可以降低这些设备的损耗。
改善动态性能在电气系统中,设备的动态响应通常是非常缓慢的。
在突发电流、短路等故障事件中,设备的响应时间可能无法满足要求,这会影响电力设备的正常运行。
通过利用电容器和电感器等设备,可以提供所需的无功功率来加快设备的响应速度,提高设备的动态性能。
无功功率的害处虽然无功功率在电力系统中有着重要的作用,但它也会带来一些害处:降低电力系统容量在电力系统中,由于多种因素导致的无功功率不足,会造成电网电流过载而快速崩溃。
而如果使用静态无功补偿器(STATCOM)等设备来提高无功功率,也会带来降低电力系统容量的风险。
什么是无功功率现今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。
无功功率其实是一份真实的功率, 它的数量级和随伴它的有功功率一样,但被电路不停地吞吐着。
虽则每半周期都抵消掉,基本上不消耗电能,但如果让它在电网中任意流动的话,它不但白占着电源的容量,而且增加了电网的损耗,加大电压降。
在交流输电中,无功功率是不可避免的。
它在半周之内由零升到最大又降回零,电力系统要将如此巨大的一份电磁场能量,在半周之内吸收又放出来。
使用的电流越大,建立的磁场能就越大,吞吐就越大。
1 无功功率的解析推演要理顺无功功率的概念首先需对电力系统中的纯感性电路和纯容性电路分别进行简单的推演。
1.1 纯感性电路设正弦电流为 I = I m sin (ωt ) (1) 根据法拉第电磁感应定律,电感L 上的感生电动势(e.m.f.)为:dtdiLe ind -= (2) 于是电感L 上的电压u L 就是比较(1)和 (3)式,就可以发现电压, u L 超前电流 i 90°。
这里(3)式中的ωL 叫做感抗,记作 x L 。
1.2 纯容性电路在电容C 上的正弦电压如下(4)式所示:)90sin()cos()cos([)()sin(1)sin(11000ο-=-=-=====⎰⎰⎰⎰t C It C I t d C I t d t C dtt I C idt C C q u m m tt m tm t c ωωωωωωωωωω (4) 比较(4)和 (4)式,显然,电压, u C 比电流 i 滞后90°。
这里(4)式中的1/(ωL ) 叫做容抗,记作 x C 。
1.3 电感串电阻电路按欧姆定律,电阻R 上的电压降是)sin(t RI R i u m R ω=⨯=因为在式 (3) 已经推导过电感L 上的电压为)cos(t LI u m L ωω=于是在电感电阻串上的电压u)cos()sin(t LI t RI u u u m m L R ωωω+=+=(5)对(5)式作些数学处理,并引入一些辅助参数;RLtg ωϕ=zR x R R L R RL=+=+=2222)(cos ωϕ (6) 2222)(;L L x R L R z L x +=+==ωωz 就称为电感L 电阻R 串的阻抗。
无功功率电力系统中,首先是将电能(有功功率)由发电厂(站)送到所有的用户,在用户中转化为机械能,用以拖动机械设备例如金属的切削、锻压加工,驱动动力设备如风机、压缩机(水泵、油泵等),转化为热能(冶金电炉,热处理电炉设备),转化为光能(照明设备),转化为化学能(电解铝,电镀设备)。
但是,电力系统中还存在着无功。
无功是交流电路中的特有现象,它是储能元件(电感、电容)在交流电流或电压的作用下,将磁场能或电场能在电源与负载之间周期性地往复(反复)交换的一种物理过程。
实质上并没有做功(有功),也没有有功功率的流动。
一个错误的概念:无功就是无用功。
例如,有一辆汽车将货物从甲地运往乙地,其中运输货物做的功是有用功,汽车行走做的功是无用功,这个无用功就是无功。
这种理解是完全错误的,汽车行走做的功是虽然是无用功,但它是有功,它照样需要燃料的消耗,这一部分功应当算是运输货物的空载损耗。
因此无用功就是有功,而不是无功。
在汽车运输货物的机械运动中,没有电气储能元件,根本不存在无功。
1复数在电路分析中的应用 复数的定义如果a 与b 都是实数,那么形式为a+jb 的数就定义为复数,定义为c ,其中1j -=。
复数有两种表示形式,代数形式为c=a+jb ,指数形式为c=θj r.e 。
复数的坐标复数的坐标系统同平面解析几何中的直角坐标与极坐标类似,复数坐标系统称为复平面。
代数形式与指数形式的变换: 代数形式c=a+jb ,转变为指数形式ab arctan,b a r 22=+=θ指数形式c=θj r.e ,转变为代数形式θθsin b ,cos a ⨯=⨯=r r (欧拉公式)在稳态下,交流电的电流、电压是随时间周期性变化的正弦函数,可以用一个在圆型坐标(复平面)上,反时针旋转的向量表示,该向量的长度代表它的幅值,向量的初相角代表它的幅角,其瞬时值的大小就是该旋转向量在纵轴上的投影(有正、负)。
用复数进行计算与分析非常方便,在世界上使用历史大约有100年。
无功功率的算法无功功率是电力系统中一个重要的概念,它与有功功率相对应,是指在电路中所消耗或者产生的无功能量的大小。
无功功率的计算算法有多种,本文将介绍其中一种常用的算法。
无功功率的计算是基于电压和电流之间的相位差,常用的计算公式为:无功功率 = 电流 * 电压 * sin(相位差)在实际应用中,为了方便计算,可以采用更加简化的算法来近似计算无功功率。
其中一种常用的算法是基于电流的有效值和功率因数的关系来计算。
我们需要了解什么是功率因数。
功率因数是指电路中的有功功率和视在功率的比值,其范围在-1到1之间。
功率因数为正值时,电路中的有功功率和视在功率在同一方向上;功率因数为负值时,电路中的有功功率和视在功率在相反方向上。
在计算无功功率时,我们可以先根据电流的有效值和功率因数来计算有功功率,然后再根据有功功率和视在功率的关系来计算无功功率。
具体的算法如下:1. 根据电流的有效值和功率因数,可以计算出有功功率。
有功功率 = 电流 * 电流 * 功率因数2. 根据有功功率和视在功率的关系,可以计算出无功功率。
无功功率 = sqrt(视在功率 * 视在功率 - 有功功率 * 有功功率)通过这种算法,我们可以简化无功功率的计算过程,不需要直接计算电压和电流之间的相位差,只需要知道电流的有效值和功率因数即可。
需要注意的是,这种算法是一种近似计算方法,其精度与实际情况有一定的差距。
在实际应用中,如果需要更加精确的计算结果,可以采用其他更为复杂的算法。
总结起来,无功功率是电力系统中一个重要的概念,其计算可以采用多种算法。
本文介绍了一种常用的算法,即根据电流的有效值和功率因数来计算无功功率。
这种算法简化了计算过程,但是精度有一定的限制。
在实际应用中,可以根据需要选择合适的算法来计算无功功率,以满足实际的精度要求。
一、无功补偿定义1.无功功率的含义在交流电路中,如果流过电气设备的电流与其两端的电压相位不一致,就表明该设备存在无功功率,并规定:电流滞后于电压时该设备消耗无功(电感性),电流超前于电压时该设备产生无功(电容性),如下图。
电压有效值用U表示,电流有效值用I表示,电压相位与电流相位之差用φ表示,则:S=U*I称为视在功率(容量),P=U*I*COS φ=S*COS φ称为有功功率(其中COS φ称为功率因数), Q=U*I*sin φ=S*sin φ称为无功功率。
2.谐波的含义在电路中,若电压(或电流)波形不是标准的正弦波,就称电压(或电流)中含有谐波,如下图。
二、无功功率的影响及谐波的危害1. 无功功率对发配电设备的影响主要有以下几个方面:a.增加设备容量及线路损耗。
由于无功功率的存在,传送同样的有功将需要更大的视在功率和电流,从而使发电机、变压器及其它电气设备容量增加(对自备发电机组,则使投用的发电机组台数增加),同时线路损耗也增加。
b.使线路及变压器的电压降增大。
对冲击性无功负荷,还会使电压产生剧烈波动,使供电质量降低。
2. 谐波对用电设备的危害:谐波可能在钻机小电网中产生并联谐振,引起过电压而损坏电网中的其它用电设备。
例如录井仪、计算机、电视机、UPS电源等经常烧坏。
谐波对邻近的弱电系统,如电控系统的控制器类电子设备产生干扰,导致误动、死机或停机。
影响仪表类电子设备的检测精度。
使电网电压波形畸变,供电质量下降,导致接在钻机小电网中的变压器、交流电机等损耗加大,加速绝缘老化,还会使这些设备的振动和噪声增加。
谐波电流引起无功功率增加,使功率因数更低。
三、电动钻机无功补偿及谐波抑制的意义1、当无功电流在发电机--整流柜--电动机等之间流动的过程中,杂散损耗,热耗/辐射等的消耗是必然的。
增加无功补偿装置后,可以降低这种损耗。
2、功率因数低时,输出同样的有功功率,必须有更多的视在功率,而更多的视在功率就必须投入更多的发电机组。
有功功率1、定义: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(或负载电阻所消耗的功率),因此,也称平均功率。
用P表示,其单位瓦特(W)。
2、有功功率计算公式:P=UIcosφU:电压I:电流c osφ:功率因数无功功率1、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"。
用P表示,其单位瓦特(W)。
2、国家供用电规则规定:无功电力应就地平衡,用户应在提高用电自然功率因数的基础上,设计和装置无功补偿设备,并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除,防止无功倒送。
3、无功功率产生原因: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。
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。
4、无功功率过大的危害:(1)无功功率的增加,会导致电流增大和视在功率增加,从而使发电机、变压器及其他电器设备容量和导线容量增加。
同事,电力用户的启动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。
(2)无功功率的增加,使总电流增大,因而使设备及线路的损耗增加,这是显而易见的。
(3)使线路及变压器的电压降增大,如果是冲击性无功功率负载,还会使电压产生剧烈波动,使供电质量严重降低。
剖析无功功率的物理意义摘要:无功功率是交流电路分析中的重要概念,也是电力系统运行和管理中的重要内容,无功功率的物理意义在于交流电源与负载之间的能量交换,无功功率的大小则表明了能量交换的能力。
非线性负荷的无功功率分为频域无功功率和畸变功率,前者包含了各次谐波电压与同频率的谐波电流共同作用所产生的无功功率,后者包含了各次谐波电压与其它不同次谐波电流共同作用所产生的无功功率。
关键词:无功功率;能量交换;非线性负荷;频域无功功率;畸变功率中图分类号:TM 714.1 文献标识码:AAnalysis of Physical Meaning of Reactive PowerAbstract: Reactive power is the important concept of AC electric circuit and it is also the significant content of power system operation and management. The physical meaning of reactive power is the exchange between AC electric source and load, and the magnitude of reactive power shows the capability of energy exchange. Reactive power of non-linear load includes reactive power in frequency domain and distortion power. The former consists of the reactive power caused by harmonic voltages of all orders and harmonic currents of the same frequency. The latter consists of the reactive power caused by harmonic voltages of all orders and harmonic currents of the other orders.Key Words: reactive power; energy exchange; non-linear load; reactive power in frequency domain ; distortion power1 概述交流电路的功率分为有功功率和无功功率,其中有功功率是指电路实际消耗的功率,其对应的电能将转换为电、磁能量之外的能量如热能等消耗掉,具有十分明显的物理含义;而无功功率作为一种功率的概念,虽然具有功率的量纲,但它终究不是实际作功的功率,其物理含义却不那么明显。
正确理解无功功率概念一直是部分电力工程技术人员遇到的一个难点, 他们往往把无功功率看成是不消耗能量的无用功率, 甚至还有人认为“无功”乃“无用之功”,这显然是十分错误的认识。
实际上无功功率是电气工程领域内一个必不可少的重要物理量,本文将对无功功率的计算公式和物理意义给出全面的描述。
2 交流正弦电路的功率设交流正弦电路的电压和电流分别为:()2cos()u t U t ωα=+ (1)()2cos()i t I t ωβ=+ (2)上式中的α和β分别表示电压和电流的初相角,U 和I 分别表示电压和电流的有效值。
电路的瞬时功率p 定义为电压u (t )和电流i (t )的乘积:() ()2cos()2cos()cos [1cos 2()]sin sin 2()p u t i t U t I t UI t UI t ωαωβϕωαϕωα==+⨯+=++++ (3)式中φ=α-β,为电压电流之间的相位差,其值介于±90o 之间,因此,(3)式中的第一项总是大于或等于零,它是瞬时功率中的不可逆部分;第二项正负交替,它是瞬时功率的可逆部分,它说明在交流电源与负荷之间存在能量交换[1]。
根据交流电路有功功率的定义,可以写出有功功率的计算公式为:0011()() =[cos cos(2)] cos T T P u t i t dt UI t dt T TUI ϕωαβϕ=+++=⎰⎰ (4)对于交流电路无功功率的定义,在文献[1]中的表述是:在工程中还引用无功功率的概念,用大写字母Q 表示,其定义为:sin Q UI ϕ= (5)它与瞬时功率的可逆部分有关。
现在的问题是,为什么要在工程中引用无功功率的概念?它有什么物理意义?3 无功功率的物理意义首先来看看《辞海》对于无功功率的解释:“在具有电感和电容的交流电路中,电感的磁场和电容的电场在一周期的一部分时间内从电源吸收能量,另一部分时间内将能量返回电源。
在整个周期内平均功率是零,也就是没有能量消耗,但能量是在电源和电感或电容之间来回交换的,能量交换的最大值叫做无功功率。
”这个解释说明,无功功率的物理意义在于交流电源与负载之间的能量交换,而用(5)式计算出的无功功率就是交流正弦电路中能量交换的最大值,它表明了交流电源与负载之间能量交换的能力。
在线性交流电路中,电感性负载电流的相位滞后于电压的相位;而电容性负载电流的相位超前于电压的相位。
因此,如果把电容性负载与电感性负载并联,在电感性负载储存能量的时候,正好是电容性负载在释放能量;而在电感性负载释放能量的时候,正好是电容性负载在储存能量。
由于电力系统中的绝大部分负载都是电感性的,因此,通过装设并联电容器,可以把电感性负载与电源之间的能量交换改变成电感性负载与并联电容器之间的能量交换,这样就减少了输电线路的损耗,改善了供电质量,提高了电源(发电机)的效率,增加了电网运行的经济效益,这就是电力系统实施无功补偿的意义所在。
在电气设计和计算中,通常将电压有效值和电流有效值的乘积定义为视在功率,记为S 。
即: S=UI (6)显然: 22Q S P =- (7) 4 非线性负荷的无功功率在一些非线性交流电路中,比如单相可控整流电路,电阻负载,没有储能元件,但是通过检测和分析可以看出,负载和电源之间也有能量交换。
再比如直流输电技术当中的整流侧和逆变侧都要消耗大量的无功功率,其数量往往能占到直流输电送电功率的40~60%。
这些现象又该怎样解释呢?非线性负荷的主要特点就是电压和电流的波形都会发生畸变,但是它们仍然具有周期性,因此,可以将电压和电流写成傅立叶级数的形式(保留前N 项),即11()2sin()Nn nn u t U n t ωα==+∑ (8) 11()2sin()N n n n i t I n t ωβ==+∑ (9)上式中的U n 和n α分别表示n 次谐波电压的有效值和初相角,I n 和n β分别表示n 次谐波电流的有效值和初相角,对应的总电压有效值为、总电流有效值为和视在功率分别为:21N n n U U==∑ (10)21N n n I I ==∑ (11)2211N Nn n n n S UI ===∑∑ (12)根据有功功率的定义,并且考虑到三角函数的正交性可得非线性负荷的有功功率为:N n 0n=11()() =cos T n n P u t i t dt U I T ϕ=∑⎰ (13) 式中的n ϕ为n 次谐波电流滞后n 次谐波电压的相角,cos n n n U I ϕ是由n 次谐波电压和n 次谐波电流共同作用所产生的n 次谐波有功功率。
非线性负荷的无功功率仍然可以采用(7)式来计算,但是由于它没有区别基波无功功率和谐波无功功率,对于谐波源和谐波潮流的辨识都缺乏明确的指导意义。
鉴于这种情况,有人仿照(13)式,提出了频域无功功率的定义:Nnn=1sin f n n Q U I ϕ=∑ (14) 显然,式中的n n U I n sin ϕ是由n 次谐波电压和n 次谐波电流共同作用所产生的n 次谐波无功功率,而频域无功功率正是这一系列谐波无功功率之和。
但是,经过推导,可以发现,情况还并不是这么简单。
由(12)可得:1122222222211111N N N N N N N n n n n n m nm n n n n m n n m n S U I U I U I I U --====>=>==++∑∑∑∑∑∑∑ (15)由(13)(14)可得:222211122211122211(cos )(sin ) cos 2cos cos +sin 2sin sin N N f n n n n n n n n N N N n n n n n n m m m n n m n NN N n n n n n n m m m n n m nP Q U I U I U IU I U I U I U I U I ϕϕϕϕϕϕϕϕ==-==>-==>+=+=++∑∑∑∑∑∑∑∑ (16) 显然 222f S P Q ≥+ (17)因此,仅用(14)式计算非正弦电路的无功功率,必然会产生误差。
为了纠正这个误差,在文献[2]中引入了畸变功率(记为D ),且定义:2222()f D S P Q =-+ (18) 关于畸变功率的物理意义,文献[2]中没有给出太多的解释。
事实上,将(15)(16)代入(18)可推得:1122211(cos cos )(sin sin )N N N Nn m m m n n n m m m n n n m n n m n D U I U I U I U I ϕϕϕϕ--=>=>=-+-∑∑∑∑ (19)由上式可以看出,畸变功率中包含了各次谐波电压与其它不同次谐波电流的乘积,它们都是由于电压电流的波形畸变后产生的谐波所致。
因为谐波电压和谐波电流的频率各不相同,由三角函数的正交性可知,对应的瞬时功率在一个周期内的平均值为零,所以畸变功率也具有无功功率的特征,它应该是非线性负荷无功功率的一个组成部分[3]。
因此,非线性负荷的无功功率应该用下式表示:22f Q Q D =+ (20)在文献[3]中给出了算例,从而验证了上式的完整性。
5 结束语通过对交流电路中无功功率的分析,可以看出交流电路中的电源与负载之间存在能量交换,无功功率的大小则反映了这种能量交换的能力,它是交流电路分析中的重要概念,同时也是电力系统运行和管理中的重要内容,搞清楚它的物理意义,必将有助于分析和解决电力系统的无功补偿问题。
由于非线性负荷的电压和电流中含有一系列高次谐波,在计算非线性负荷的无功功率时,如果只计算频域无功功率,就会产生一定的误差。
公式(20)中包括了频域无功功率和畸变功率,它是非线性负荷无功功率的完整计算公式,其中的每一项都有确切的物理意义,这对于全面理解非线性负荷的无功功率和深入研究非线性负荷的补偿方法都是很重要的。