功率因数、无功功率、有功功率、视在功率

这是一篇关于功率因数、无功功率、有功功率、视在功率的思维导图，主要内容包括：4、功率因数PF：（交流供电环境下）有功功率与视在功率的比值，，3、无功功率Q：（交流供电环境下），1、视在功率S：（交流供电环境下）电压有效值与电流有效值的乘积，，2、有功功率P：（交流供电环境下），0、瞬时功率p：某一器件在某一时刻的功率。

功率因数、无功功率、有功功率、视在功率

• 0、瞬时功率p：某一器件在某一时刻的功率
  • 1、（正时该器件吸收电路中的电能、负时该器件向电路中释放电能）
  • 2、对于电感电路（电压u比电流i，超前π/2个相位）、电容电路（电压u比电流i，滞后π/2个相位），以致于交流用电环境下，负载端的瞬时功率常会正负交替
  • 注：通常情况下，有感、有容负载，会因系统的复杂组织，电流、电压的相位差也可能是其他值
• 1、视在功率S：（交流供电环境下）电压有效值与电流有效值的乘积，
  • 1、从电源的角度：电源在维持电压、电流相对稳定的情况，对外最大可输出的功
  • 2、这里用的电流、电压为，峰值电流、电压0.707倍的有效值
  • 3、视在功率的单位：1w=1AV
• 2、有功功率P：（交流供电环境下）
• 3、无功功率Q：（交流供电环境下）
• • 1、对于电阻负载，S=P，电源、负载端均没有无功功率
  • 2、对于有感或有容电路：P<S，有无功功率；一个周期内，无功功率对应的电能收放在电源、电容、电感间来回循环（此消彼涨的变化），但不会被消耗掉
  • 3、在有感负载（电机）情况下，串接合适的电容：可将无功功率的在电源于负载间的循环，截留在电容与负载间
    • 1、好处1：电源侧将不再参与承接无功功率的循环--->避免电源侧的相压不稳的问题
    • 2、好处2：将无功功率的周期性循环限制在电容与电机间的局部网络内，避免对电路系统整体的影响
    • 3、好处3：无功功率本身不造成能量损失，但其在不同端（电容、电感、电源）间循环传递时，会应电路线上的电阻被损耗掉，因此利用串接电容将无功功率循环路由缩至小范围，有助于减少线损
    • 换种理解：这时可将串接的电容看做一反向电压源，用于配平、中和电机所致的电源侧相压升降压力
• 4、功率因数PF：（交流供电环境下）有功功率与视在功率的比值，
  • 1、功率因数取值在0~1之间
    • 1、纯电阻电路RF=1，u、i相位差φ为0，系统中没有无功功率
    • 2、纯电感或电容电路RF=0，u、i相位差为0.5π，系统中仅有无功功率；系统整体不对外做工
    • 注1：功率因数越高，说明电气设备将电能转换为有用功的效率越高
    • 注2：低功率因数意味着大量的电能在电源和负载之间来回传输无功功率，
      • 1、这会导致输电线路的损耗增加、电源设备（如发电机、变压器等）的利用率降低
      • 2、电源设备（如发电机、变压器等）相压波动变大，稳定性不足
  • 2、功率因数变化案例
    • 1、感性负载（三相电机）：空转时，功率因数会偏低（0.2-0.3左右）；随着负荷的增加功率因数会上升，但一般不会升至1
    • 2、一个工厂的供电系统中，如果大量的感性负载（如各种电机）同时运行，而没有采取无功补偿措施，整个系统的功率因数就会很低
      • 1、这时会侵占，电网稳压冗余能力---造成电网设施资源配给的浪费
      • 2、入厂的变压器，需超规格配置，以应对系统功率因数低所带来的相压升降失稳的压力
  • 3、功率因数改善方法
    • 1、并接电容：让电容称为电压平衡器件
      • 例如：在工厂的配电箱中，根据负载的大小和功率因数的情况，合理地安装一定容量的电容器组，通过控制电容器的投入和退出，使功率因数保持在一个较高的水平
      • 注：串接电容也行，但该法仅对电源侧进行了保护，负载侧的电压升降问题无法解决
    • 2、（电源、电网端）采用同步发电机：是电源具备较高的无功功率消纳、平抑能力