電路基礎系列：交流電路篇-無(wú)功功率

無(wú)功功率最好用交流電路或系統中無(wú)功元件產(chǎn)生的“未使用”功率來(lái)描述。

在直流電路中，“伏特x安培”的乘積表示電路消耗的功率（瓦特）。然而，雖然這個(gè)公式也適用于純電阻交流電路，但在含有無(wú)功元件的交流電路中，情況稍微復雜一些，因為這種伏特-安培產(chǎn)品會(huì )隨頻率變化。

在交流電路中，電壓和電流的乘積表示為伏安（VA）或千伏安（kVA），稱(chēng)為視在功率，符號S. 在無(wú)感純電阻電路中，如加熱器、熨斗、水壺和燈絲燈泡等，其電抗實(shí)際上為零，因此電路的阻抗幾乎完全由電阻組成。

對于交流電阻電路，電流和電壓是同相的，任何時(shí)刻的功率都可以通過(guò)電壓乘以該瞬間的電流得到，由于這種“同相”關(guān)系，有效值可以用來(lái)計算等效的直流功率或加熱效應。

但是，如果電路中含有無(wú)功分量，則電壓和電流波形會(huì )因電路相角的不同而“異相”。如果電壓和電流之間的相角最大為90o，伏特安培產(chǎn)品的正負值相等。

換言之，無(wú)功電路將其消耗的功率返回給電源，從而導致電路消耗的平均功率為零，因為相同數量的能量不斷交替地從源流到負載，再從負載返回到源。

因為我們有電壓和電流，但沒(méi)有功率耗散，所以P=IV（rms）的表達式不再有效，因此，交流電路中的伏安乘積不一定給出所消耗的功率。然后，為了確定交流電路消耗的“實(shí)際功率”，也稱(chēng)為有功功率SYMBOLP，我們不僅需要考慮伏安乘積，而且還需要考慮電壓和電流波形之間的相位角差方程：VI.cosΦ. .

然后我們可以將視在功率與有功功率或實(shí)際功率之間的關(guān)系寫(xiě)成：

請注意，功率因數（PF）定義為有功功率（瓦特）與視在功率（伏安）之間的比率，并指示了電能的使用效率。在無(wú)感電阻交流電路中，有功功率等于視在功率P/S公司變得等于一或統一。電路功率因數可以用十進(jìn)制值或百分比表示。

但是除了交流電路中的有功功率和視在功率外，還有另一個(gè)功率分量，只要有相角就存在。此組件稱(chēng)為無(wú)功功率（有時(shí)稱(chēng)為虛功率），用“伏安無(wú)功”單位表示，符號問(wèn)由下式得出： 六、 辛夫 .

無(wú)功功率，或VAr，根本不是真正的功率，而是表示電壓和電流的乘積，它們之間是不相位的。無(wú)功功率是幫助建立和維持交流設備所需的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的一部分。交流電路中存在的無(wú)功功率量取決于電壓和電流之間的相移或相角。與有功功率一樣，無(wú)功功率在“供電”時(shí)為正，“消耗”時(shí)為負。

發(fā)電機、無(wú)功電機等是電機中使用最多的一種。它還需要提供架空輸電線(xiàn)路的無(wú)功損耗。

交流電路中功率、有功功率、視在功率、VA和無(wú)功功率三要素之間的關(guān)系可用直角三角形的三條邊表示。這種表示稱(chēng)為冪三角形如圖所示：

從上面的功率三角可以看出交流電路提供或消耗兩種功率：有功功率和無(wú)功功率。此外，有功功率從不為負，而無(wú)功功率可以是正值或負值，因此降低無(wú)功功率以提高系統效率總是有利的。

使用交流配電的主要優(yōu)點(diǎn)是可以使用變壓器改變供電電壓水平，但是家用電器、空調和工業(yè)設備的變壓器和感應電動(dòng)機都消耗無(wú)功功率，因為導線(xiàn)和變壓器更大，在輸電線(xiàn)路上占據了空間需要處理更大的電流，你需要支付。

用一杯啤酒模擬無(wú)功功率

在許多方面，無(wú)功功率可以被看作是一品脫或一杯啤酒上的泡沫頭。你付錢(qián)給酒保要一杯滿(mǎn)的啤酒，但你只喝真正的液態(tài)啤酒，在很多情況下，它總是比一杯還少。

這是因為啤酒的頭部（或泡沫）占據了額外的浪費空間，為你所消費的真正的液態(tài)啤酒留下了更少的空間，同樣的想法在很多方面也適用于無(wú)功功率。

但在許多工業(yè)電力應用中，無(wú)功功率通常對電路有用。實(shí)際功率或有功功率是指為運行電機、為住宅供暖或點(diǎn)亮電燈泡而提供的能量，而無(wú)功功率提供了調節電壓的重要功能，從而有助于將電力有效地通過(guò)公用電網(wǎng)和輸電線(xiàn)路輸送到負荷所需的地方。

雖然降低無(wú)功功率有助于提高功率因數和系統效率是一件好事，但無(wú)功功率的缺點(diǎn)之一是需要足夠數量的無(wú)功來(lái)控制電壓和克服輸電網(wǎng)中的損耗。這是因為如果電網(wǎng)電壓不夠高，就無(wú)法提供有功功率。但是網(wǎng)絡(luò )中有太多的無(wú)功功率流動(dòng)會(huì )導致過(guò)熱（I two*R損耗）以及沿輸電線(xiàn)路的不良電壓降和功率損失。

避免無(wú)功充電的一種方法是安裝功率因數校正電容器。一般情況下，住宅用戶(hù)只需按千瓦時(shí)（kWhr）消耗的有功功率收費，因為制造商在大多數家用電器中內置了功率因數校正電容器，因此幾乎所有的住宅和單相功率因數值基本相同。

另一方面，使用三相電源的工業(yè)用戶(hù)的功率因數差別很大，因此，電力公司可能必須考慮到這些工業(yè)用戶(hù)的功率因數，如果他們的功率因數低于規定值，就要支付罰款，因為電力公司為工業(yè)用戶(hù)供電的成本更高，因為需要更大的導線(xiàn)、更大的變壓器、更大的開(kāi)關(guān)設備等來(lái)處理更大的電力電流。

通常，對于功率因數小于0.95的負載，需要更多的無(wú)功功率。對于功率因數值高于0.95的負載，由于功率消耗更有效，功率因數為1.0或單位的負載被認為是完美的，不使用任何無(wú)功功率。

然后我們看到“視在功率”是“無(wú)功功率”和“有功功率”的組合。有功功率或實(shí)際功率僅由包含電阻元件的電路產(chǎn)生，而無(wú)功功率則由包含電容和電感元件的電路產(chǎn)生。幾乎所有這些電路的組合R、 我和C組件

由于無(wú)功功率從有功功率中帶走，因此必須在電氣系統中考慮無(wú)功功率，以確保提供的視在功率足以供應負載。對于任何一個(gè)伏（伏安）電源來(lái)說(shuō)，都必須具備供電能力。