有功功率、无功功率和视在功率的概念详解
有功功率、无功功率和视在功率的概念详解
在电力系统中，有功功率、无功功率和视在功率是三个重要的概念。它们分别代表了电能的不同方面，对于理解电力系统的运行和管理至关重要。本文将详细解释这三个概念及其相互关系。
有功功率
有功功率，又叫平均功率，是指在电路中电阻部分所消耗的功率。交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率。有功功率的符号用P表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。
有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。例如，5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。
无功功率
在具有电感和电容的交流电路里，由于电感或电容的特性，造成电压和电流的相角不一致（电感元件电流滞后电压90度，电容元件电流超前电压90度），这些元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场（或电场）的能量存起来，在另半周期的时间里对已存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。用字母Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。
无功功率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，要建立和维持旋转磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。
虽然无功功率不对外做功，但它在电力系统中起着至关重要的作用。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。为了形象地说明这个问题，可以举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢？
无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：
- 降低发电机有功功率的输出
- 降低输、变电设备的供电能力
- 造成线路电压损失增大和电能损耗的增加
- 造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥
为了满足电力负荷的需要，电网中需要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。
视在功率
在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫做视在功率，以字母S或符号Ps表示，单位为千伏安（kVA）。视在功率S与有功功率P、无功功率Q的计算公式为：
功率因数
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。cosφ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。
三相功率因数的计算公式为：
式中
- cosφ——功率因数
- P——有功功率，kW
- Q——无功功率,kVar
- S——视在功率,kV
- A
- U——用电设备的额定电压,V
- I——用电设备的运行电流,A
功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。
- 自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷（白炽灯、电阻炉）的功率因数较高，等于1，而电感性负荷（电动机、电焊机）的功率因数比较低，都小于1。
- 瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。
- 加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：
提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。