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無功功率
用于電路內(nèi)電場與磁場的交換
基本信息
| 中文名 | 無功功率 |
| 外文名 | reactive power |
| 表達式 | Q=UIsinφ |
| 應(yīng)用學科 | 電氣工程 |
| 適用領(lǐng)域 | 電氣自動化 |
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簡介
無功功率，許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的"無功"并不是"無用"的電功率，只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機械能、熱能而已；因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。
在電網(wǎng)中，由電源供給負載的電功率有兩種：一種是有功功率，另一種是無功功率（reactive power）。有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。比如：5.5kW的電動機就是把5.5kW的電力轉(zhuǎn)換為機械能，帶動水泵抽水或脫粒機脫粒；各種照明設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換為光能，供人們生活和工作照明。無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率。比如40W的日光燈，除需40W有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來發(fā)光外，還需80var左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場用。由于它對外不做功，才被稱之為"無功"。
無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機械運動，電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。
無功功率補償控制器
在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運行。
無功功率對供、用電也產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：
概念理解
功率因數(shù)
在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)
，其計算公式為：
，其中的φ指的是電壓和電流的相位差。
在電力網(wǎng)的運行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。
無功功率
影響功率因數(shù)的主要因素
(1)大量的電感性設(shè)備，如異步電動機、感應(yīng)電爐、交流電焊機等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計，在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60%～70%；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。
(2)變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的滿載無功功率約為空載時的
。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運行或長期處于低負載運行狀態(tài)。
(3)供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。
當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，當供電電壓為額定值的110%時，一般無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。
設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)
提高自然功率因數(shù)是不需要任何補償設(shè)備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來減少各種用電設(shè)備所消耗的無功功率，這是一種最經(jīng)濟的提高功率因數(shù)的方法。
(1)合理使用電動機；
(2)提高異步電動機的檢修質(zhì)量；
(3)采用同步電動機：同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功功率取決于轉(zhuǎn)子中的勵磁電流大小，在欠勵狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)"吸取"感性無功，在過勵狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)"送出感性"無功。因此，對于恒速長期運行的大型機構(gòu)設(shè)備可以采用同步電動機作為動力。
(4)合理選擇配變?nèi)萘?，改善配變的運行方式：對負載率比較低的配變，一般采取"撤、換、并、停"等方法，使其負載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。
無功功率的危害
無功功率對供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：
- 降低發(fā)電機有功功率的輸出
- 降低輸、變電設(shè)備的供電能力
- 造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。
- 造成低功率因數(shù)運行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。
無功補償
高壓集中補償
高壓集中補償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據(jù)負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導致電費的增加。同時便于運行維護，補償效益高。
無功電源
電力系統(tǒng)的無功電源除了同步電機外，還有并聯(lián)電容器、靜止無功補償器以及靜止無功發(fā)生器，這4種裝置又稱為無功補償裝置，也稱無功電源。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。
同步電機
同步電機中有發(fā)電機、電動機及調(diào)相機3種。
發(fā)電機正常運行時，以滯后功率因數(shù)運行為主，向系統(tǒng)提供無功，但必要時，也可以減小勵磁電流，使功率因數(shù)超前，即所謂的"進相運行"，以吸收系統(tǒng)多余的無功。
②同步調(diào)相機:
同步調(diào)相機是空載運行的同步電機，它能在欠勵或過勵的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無功，裝有自勵裝置的同步電機能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無功功率，這是其優(yōu)點。但它的有功損耗大、運行維護復(fù)雜、響應(yīng)速度慢，已逐漸退出電網(wǎng)運行。
并聯(lián)電容器
并聯(lián)電容器補償是使用最廣泛的一種無功電源，由于通過電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網(wǎng)"發(fā)出無功功率：
并聯(lián)電容器本身功耗很小，裝設(shè)靈活，節(jié)省投資；由它向系統(tǒng)提供無功可以改善功率因數(shù)，減少由發(fā)電機提供的無功功率。
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