什么是有功功率/無(wú)功功率，電能表如何計量？

電能表測量有功功率和無(wú)功功率的原理，基于電路中能量轉換和電磁交換的本質(zhì)差異。具體機制如下：一、有功與無(wú)功功率的定義及用途
1.1  有功功率
◆定義：電路中實(shí)際被負載消耗或轉換為其他形式能量（如熱能、機械能等）的功率。它是交流電路中電壓和電流同相位分量的乘積，展現了電能的有效利用率。
◆計量方式：通過(guò)測量電壓、電流的有效值及其同相位部分的乘積（即瞬時(shí)功率的有功分量），可對時(shí)間進(jìn)行積分計算得出。
◆用途：直接反映用戶(hù)實(shí)際用電量，是電力計費的重要依據。單位：瓦特（W）

公式：P=U_Tms? I_Tms?cosφ

●U_Tms：電壓有效值

●I_Tms：電流有效值

●cosφ：功率因數，表示電壓與電流的相位差余弦值

1.2 無(wú)功功率
◆定義：用于建立電磁場(chǎng)（如電動(dòng)機磁場(chǎng)、電容器電場(chǎng)）的能量交換部分，本身不消耗能量，但是會(huì )在電路中產(chǎn)生電流損耗。

◆計量方式：測量電壓與電流正交（相位差90°）部分的乘積（即瞬時(shí)功率的無(wú)功分量），并且對時(shí)間積分。

◆用途：評估電網(wǎng)效率，需通過(guò)無(wú)功補償優(yōu)化電能質(zhì)量。單位：乏（var）

公式：Q=U_Tms? I_Tms?sinφ

●sinφ：功率因數的正弦分量，表示無(wú)功功率比例。

為了有助于大家理解有功/無(wú)功，可以參考以下表格進(jìn)行對比：

二、電能表區分有功與無(wú)功的核心原理
2.1 相位差檢測
有功功率對應電壓與電流的同相位分量（相位差φ=0°時(shí)最大），而無(wú)功功率對應正交分量（相位差φ=90°時(shí)最大）。電能表通過(guò)檢測電壓與電流的相位差，將總功率分解為有功（P=UIcosφ）和無(wú)功（Q=UIsinφ）兩部分。

2.2 四象限劃分與方向判定

1. 第一象限：表示企業(yè)從電網(wǎng)獲取有功功率和無(wú)功功率。在這種情況下，用電線(xiàn)路通常呈感性，可能需要投入補償電容以提高功率因數。

2. 第二象限：當企業(yè)成為發(fā)電戶(hù)時(shí)，會(huì )向電網(wǎng)反送有功功率，但仍需要從電網(wǎng)獲取無(wú)功功率。這可以看作是企業(yè)內部的發(fā)電機在欠勵磁狀態(tài)下運行。

3. 第三象限：表示企業(yè)不僅向電網(wǎng)反送有功功率，還反送無(wú)功功率。此時(shí)，企業(yè)的用電設備相當于一臺過(guò)勵磁發(fā)電機。

4. 第四象限：在這種情況下，企業(yè)從電網(wǎng)獲取有功功率，但向電網(wǎng)返送無(wú)功功率。這通常是因為電容投入過(guò)多，導致線(xiàn)路呈容性。

電能表通過(guò)相位關(guān)系判斷能量流動(dòng)方向，并分別累加正反向有功、無(wú)功電能值。

三、技術(shù)實(shí)現方式

如下：3.1 感應式電能表（機械表）

 ■有功計量：電壓線(xiàn)圈和電流線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)在鋁盤(pán)上感應出渦流，渦流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉動(dòng)力矩（遵循左手定則）

■無(wú)功計量：通過(guò)附加相位補償電路或專(zhuān)用無(wú)功表實(shí)現，利用移相技術(shù)使磁場(chǎng)相位差固定為90°，測量正交分量。

3.2 電子式電度表

信號采樣：高速AD轉換器采集電壓和電流波形，計算瞬時(shí)功率值。

數字處理：利用傅里葉變換或矢量分解算法提取有功和無(wú)功分量，并通過(guò)積分獲得電能值。

方向判斷：依據電壓與電流的瞬時(shí)極性關(guān)系確定能量流向，區分正反向電能。

吳春紅021-69155719

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安科瑞分項計量事業(yè)部