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要说“无功功率”这个概念,应该只有纠结的“电学”里面才涉及了。“功”这个概念好理解,指发出或接受的能量。对人类生产生活有用的能量形式,一般是机械能、光能、热能等。“功率”是指在单位时间内所做的功的多少,即功率是描述做功快慢的物理量。这个词好理解也常用,“马力”是功率的一个单位,一般说汽车马力大,那这辆车劲就大、加速快,比如越野车、跑车等等。日常生活中的“功率”都是有用的功率,也就是直接产生机械能或热能的功率,按照“电学”中的概念都叫“有功功率”,只不过除了电学外,其他地方没有“无功功率”这个概念,所以日常生活中只称为“功率”。
那无功功率又是啥呢?
简单来说,无功功率就是不产生机械能、热能、光能,对我们生产生活没有用的功率。这里的“没用”是指没有直接用途,在电学里面可是有大用途。家里用的电风扇、电吹风、空调和电冰箱的压缩机等等,在运行时候都是靠电机在旋转做功的,如果你把它拆开,会发现电机中心只有一根定位轴,并没有传动轴。那电能是如何将能量传给转子让它旋转起来的呢?——靠电磁场。靠电磁场的耦合作用,将电机的定子中的电能,转化为转子的机械能。至此,答案终于揭晓,建立电磁场的功率就是无功功率。让电机的转子转起来的功率是“有功功率”,但是建立电磁场,传递有功功率给转子的,是“无功功率”。建立电磁场并不做功,它只需要维持即可,因而这个“功率”不做功,所以才叫“无功功率”。
无功功率的收发类似“有功功率”有发出和吸收的区分(例如,发电机发出有功功率,家用电器吸收有功功率),“无功功率”也有发出无功功率和吸收无功功率的区别。在需要建立磁场的地方,人为定义为吸收无功功率;在需要建立电场的地方,人为定义为发出无功功率。(学术上是看电压和电流的相位关系定义发出或吸收无功,但这个概念太难,而且与这句含义是一致的,所以就不多说了)磁场和电场中学就学了,你看见有螺线圈了,通电后会产生磁场,这个设备就吸收无功;你看到有两个平板的电容了,通电后会产生电场,这个设备就发出无功。有兴趣可以把家里的设备都拆了看看,你会看到除了灯泡、电取暖器这种设备,大部分都有线圈,都吸收无功。当然,你家里设备都小,楼外的变压器、工厂里的大型电动机、农田里的水泵等等,都有线圈,都需要吸收无功,可以说需要吸收无功的设备占用电设备的绝大多数。
谁来发出无功功率但是根据能量守恒定律,有功功率需要发出和吸收相等,无功功率也需要发出和吸收相等。而大部分用电设备都是吸收无功,谁来发出无功呢?——只有靠电网公司了。因为大多数设备都是吸收无功,导致电力系统中无功总是缺乏,电网公司要装一些设备来补偿这些缺乏的无功,这些设备就叫“无功补偿设备”,其实就是发出无功的设备。建立磁场的设备是吸收无功的,相对应的,建立电场的设备就是发出无功的。因此无功补偿设备一般就是电容器,以及电容器的一些变体。(当然,也有基于旋转设备的发电机、同步调相机等,但用电侧还是电容常用)
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如前文所述,无功功率的无功,仅仅是指其对于“做功”这件事没有直接的作用。也就是说无功电功率不负责直接将电能转化为其他形式的能量,而是起到维持电磁场能量交替、电源负荷之间能量交替以确保负荷正常的使用。无功功率的存在会导致功率因数不为单位1,且无功功率相对有功功率越大,则功率因数越低
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