无功功率

无功功率可以最好地描述为由 AC 电路或系统中的无功组件产生的“未使用”功率的量。

在直流电路中，“伏特 x 安培”的乘积给出了电路以瓦特为单位的功率消耗。然而，虽然这个公式对于纯电阻性交流电路也是如此，但在包含无功元件的交流电路中情况稍微复杂一些，因为这种伏安产品会随着频率而变化。

在交流电路，电压和电流的乘积表示为伏安（VA）或千伏安（千伏安）和被称为*视在功率，符号小号。在诸如加热器，电熨斗，水壶和灯丝等非感应纯电阻电路中，它们的电抗几乎为零，因此电路的阻抗几乎完全由电阻组成。

对于交流电阻电路，电流和电压是同相的，任何时刻的功率都可以通过将电压乘以该时刻的电流得到，并且由于这种“同相”关系，有效值可以是用于找到等效的直流电源或加热效果。

但是，如果电路包含无功分量，则电压和电流波形将“异相”一定量，由电路相位角决定。如果电压和电流之间的相位角处于其最大值的 90o，伏特-安培的产品将具有相等的正值和负值。

换句话说，无功电路在消耗时向电源返回尽可能多的功率，导致电路消耗的平均功率为零，因为相同量的能量保持从源到负载交替流动并从负载返回到源。

由于我们有电压和电流但没有功耗，因此 P = IV(rms) 的表达式不再有效，因此 AC 电路中的伏安产品不一定会消耗功率。然后，为了确定“有功功率”，也称为*有功功率，交流电路消耗的符号 P，我们不仅需要考虑伏安产品，还要考虑电压和电流波形之间的相角差。通过等式： VI.cosΦ。

然后我们可以将视在功率与主动或实际功率之间的关系写成：

注意，功率因数（PF）定义为以瓦特为单位的有功功率与以伏安为单位的视在功率之间的比率，并指示如何有效地使用电功率。在非感性电阻 AC 电路中，当 P / S 的分数变为等于 1 或 1 时，有功功率将等于视在功率。电路功率因数可以表示为十进制值或百分比。

但是，除了交流电路中的有功功率和视在功率外，每当存在相位角时，还存在另一个功率分量。该组件称为无功功率 （有时称为虚功率），并以称为“伏安无功”，（VAr），符号 Q 的单位表示，并由下式给出： VI.sinΦ。

无功功率或 VAr 根本不是功率，而是代表彼此异相的伏特和安培的乘积。无功功率是电力的一部分，有助于建立和维持交流电设备所需的电场和磁场。AC 电路中存在的无功功率的大小将取决于电压和电流之间的相移或相角，并且就像有功功率一样，当“供电”时无功功率为正，而当“消耗”时无功功率为负。

大多数使用磁场的电气设备使用无功功率，例如电动机，发电机和变压器。还需要在架空输电线路上提供无功损耗。

AC 电路中功率，有功功率，（瓦特）视在功率，（VA）和无功功率（VAr）三个要素的关系可以用直角三角形的三个边来表示。此表示称为 Power Triangle，如下所示：

交流电路中的电源

从上面的功率三角形可以看出，交流电路提供或消耗两种功率：有功功率和无功功率。此外，有功功率永远不会为负，而无功功率可以是正值或负值，因此降低无功功率以提高系统效率总是有利的。

使用交流配电的主要优点是可以使用变压器改变供电电压水平，但家用电器，空调和工业设备的变压器和感应电动机都消耗无功功率，因为​​较大的导体会占用传输线上的空间和变压器需要处理你需要支付的更大电流。

使用一品脱啤酒的无功功率类比

在许多方面，无功功率可以被认为是一品脱或一杯啤酒上的泡沫头。你向酒保买了一整杯啤酒，但你只喝了实际的液体啤酒本身，在很多情况下，它总是不到一整杯。

这是因为啤酒的头部（或泡沫）占据了玻璃中额外的浪费空间，为你消耗的真正液体啤酒留下了更少的空间，同样的想法在很多方面都适用于无功功率。

但是对于许多工业电源应用，无功功率通常对电路有用。虽然实际或有功功率是为运行电动机，加热房屋或照亮电灯泡所提供的能量，但无功功率提供调节电压的重要功能，从而有助于通过公用电网和输电线路有效地移动电力。负载需要的地方。

虽然降低无功功率以帮助改善功率因数和系统效率是一件好事，但无功功率的一个缺点是需要足够数量的电流来控制电压并克服传输网络中的损耗。这是因为如果电网电压不够高，则无法提供有功功率。但是，在网络中流动的无功功率太大会导致过热（I2 * R 损耗）和不希望的电压降以及沿传输线的功率损耗。

无功功率因数校正

避免无功功率充电的一种方法是安装功率因数校正电容器。通常，住宅用户仅按照以千瓦时（kWhr）消耗的有功功率进行充电，因为几乎所有住宅和单相功率因数值基本相同，这是由于制造商在大多数家用电器中内置了功率因数校正电容器。

另一方面，使用三相电源的工业客户具有广泛不同的功率因数，因此，如果功率因数降至低于这个原因，电力公司可能必须考虑这些工业客户的功率因数而需要支付罚金。规定的价值是因为公用事业公司更多地为工业用户提供成本，因为需要更大的导体，更大的变压器，更大的开关设备等来处理更大的电流。

通常，对于功率因数小于 0.95 的负载，需要更多的无功功率。对于功率因数值高于 0.95 的负载被认为是好的，因为功率被更有效地消耗，并且功率因数为 1.0 或 1 的负载被认为是完美的并且不使用任何无功功率。

然后我们看到“视在功率”是“无功功率”和“有功功率”的组合。有功或有功功率是仅包含电阻元件的电路的结果，而无功功率是由包含电容和电感元件的电路产生的。几乎所有交流电路都包含这些 R，L 和 C 组件的组合。

由于无功功率从有功功率中消失，因此必须在电气系统中考虑，以确保所提供的视在功率足以为负载供电。这是理解 AC 电源的关键方面，因为电源必须能够为任何给定负载提供必要的伏安（VA）功率。