无功电能和功率因数
2018-03-28
       上一节中所讨论的有功功率和电能测量涉及到了电力系统中常用的指标,但是仅仅测量
有功功率和电能往往是不够的,无功功率是总功率的一个重要参数,因为绝大部分实际应用
都会受到无功功率的影响。无功功率和功率因数是与负载和发电有关的概念,本节的讨论仅
限于无功功率和功率因数与负载有关的分析,而不考虑与发电有关的方面。
       有效功率(和电能)是功率的一个组成部分,它由电压和每相电压在该相产生的电流组成,
但是在实际应用中,总的电流几乎从来不会与电压同相,因此必须考虑与电压同相的分量和
正交(旋转90 度或者垂直)的分量。图C.9 为单相电压,并将电流分解为同相分量和垂直分量。
                                   
                                   图C.9:电压和电流的关系
       电压(V)和总电流(I)可用来计算视在功率或VA,电压和同相电流(IR)可计算有效功率或W,
电压和正交电流(IX)可计算无功功率。
       正交电流可以比电压滞后(如图C.9 所示)或超前,当正交电流滞后于电压时,负载既有有
效功率(W)又有无功功率(VAR),当正交电流超前于电压时,负载有有效功率,但是将无功功
率传回了系统,即无功功率的流向与有效功率相反。
       所有电力系统中都有无功功率(VAR),所有采用磁化原理工作的设备都会有无功功率。
通无功功率的值会与有效功率低,电力设施应将用户端的无功功率维持在较低的水平,以
使发电厂的送电获得最大投资回报。当电线上传输无功功率时,传输的有效功率就会减少,
因此降低电力线上的无功功率才能增加传输的有效功率。为了鼓励降低用户端的无功功率,
大多数电力厂家都会对VAR 超过一定量的负载给予罚款。
       测量无功功率的常用方法是功率因数,它有两种定义方法,最常用的是计算有效与视在
功率的比值。方程式如下 :
                     总功率因数 = 有效功率 / 视在功率 = Watts / VA
       这个公式计算出的功率因数称之为总功率因数,因为它是以传输的总功率为基数,传输
总功率包括所有的谐波,如果电压或电流包括高阶的谐波失真,功率值便会受到影响,由功
率值计算出的功率因数也会受到谐波失真的影响。这种计算方法是经常用到的,因为这样考
虑到了实际电压和电流的所有因素。
       另外一种功率因数称之为位移功率因数,它是基于电压与电流之间的相位关系,而不考
虑电压值、电流值或功率值的大小,只与相位角的差值有关,因此位移功率因数不受谐波失
真的影响,计算公式如下:
                      位移功率因数 = cosθ, θ 为电压与电流之间的夹角(见图C.9)
       当电压和电流没有失真时,总功率因数等于位移功率因数。但是只要存在谐波失
真,这两个功率因数就不会相等。