功率和功率因数
功率和功率因数
功率和功率因数是电力系统中的两个重要概念，它们不仅关系到电力设备的效率和成本，还影响着整个电力系统的运行质量和稳定性。本文将从基础概念出发，深入浅出地讲解功率的分类及其计算方法，以及功率因数的意义和提高方法。
一、功率
1. 电功率
电流在单位时间内所做的功叫做电功率。电功率是表示电流做功快慢的物理量，用字母P表示，单位是瓦特（Watt），简称“瓦”，符号是W。电功率等于导体两端电压与通过导体电流的乘积。
W=UI
2. 有功功率
在交流电路中，消耗在电阻元件上、不可逆转换（如转变为热能、光能或机械能）的那部分功率称为有功功率，简称“有功”，用字母P表示，单位是瓦（W）或千瓦（kW）。有功功率是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值，故又称为平均功率，其大小等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。
P=UI
3. 无功功率
在交流电路中，电感性或电容性的元件，通电后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。在交流电每个周期内的上半部分（瞬时功率为正值）时间内，它们将会从电源吸收能量以建立磁场或电场，而下半部分（瞬时功率为负值）的时间内，其建立的磁场或电场能量又返回电源。即电源的能量与磁场能量或电场能量进行着可逆的能量转换，并不消耗功率。将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称为无功功率，简称“无功”，用字母Q表示。单位是乏（Var）或千乏(kVar)。
4. 视在功率
交流电源所能提供的总功率称为视在功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积，用字母S表示，单位为伏安（VA）或千伏安（kVA）。视在功率通常用来表示交流电源设备（如变压器）的容量大小，它包括有功功率和无功功率。
二、功率因数
1. 功率因数的概念
在交流电路中，电压与电流之间相位差(φ)的余弦叫做功率因数，是衡量电气设备效率高低的一个系数，用符号cosφ表示。在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值。
cosφ=P/S
2. 电气设备功率因数低的原因
常用电气设备大多是电感性的负载，除白炽灯、电阻、电热器等功率因数接近于1外，其他如交流电动机、变压器，电抗器、架空线路及电气仪表的功率因数都小于1。生产中最常见的交流异步电动机在空载时的功率因数只有0.20.3，轻载时约为0.5左右，额定负载时约为0.70.9。其它设备如工频炉、电焊变压器以及日光灯等，负载的功率因数也都较低。这样供电设备的容量不能得到充分利用，例如容量为1000kVA的变压器，如果cosφ=1,即能送出1000kW的有功功率；而在cosφ=0.7时，只能送出700kW的有功功率。
3. 提高功率因数的意义
（1）提高功率因数可以提高发电机、变压器等用电设备有功功率的输出，从而提高设备利用率，降低成本。
（2）提高功率因数可以减少电力系统的电能损耗，改善供电质量。
（3）提高功率因数可以减少电力线路的电压损失，满足末端用户电压要求。
（4）通过各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠，能够减少用户的电费支出。
4. 提高功率因数的方法
（1）提高自然功率因数，包括合理选择电气设备，避免变压器轻载运行，合理安排工艺流程。
（2）通过人工补偿提高功率因数，最常用的是并联补偿电容器。
（3）条件允许时，尽量采用同步电动机和同步调相机。