無功功率單位(無功功率是什么？很多人都沒弄懂...)

無功功率是什么？很多人都沒弄懂...

交往過交換電的，我想，對“無功”這個詞都不生疏吧？但能真正了解“無功”的人有幾多，就不得而知了，想來也是不多的。今天，我就來給各位捋捋“無功”的那些細枝末節吧。

干系于把無功功率了解為“無用的功率”，我更傾向于把它了解為“無耗能的功率”。無功功率，可以說是一個功率，但不完善是功率，它區別于有功功率，與耗能不關。

在正弦交換電路中，無功功率與電感、電容有直接干系。以是，在了解無功功率之前，我們有必要了解一下功率的涵義，以及在交換電路中電感元件和電容元件的功率情況。

01

干系功率的界說

不管是熱能、電能、機器能等，但凡觸及到能量的厘革（做功），基本都離不開功率的分析。功率表現能量斲喪（能量厘革）的快慢，這就好比跑步，把位移類比為能量厘革，跑步速率就是功率，跑得越快，相反時間內，挪動距離就越大。

假如以能量厘革畫一條曲線，如下圖1-1所示，那么這條曲線上各點的斜率（即該點切線的斜率）就代表各點的功率。

圖1-1

如圖1-1所示，隨著能量的厘革，曲線的斜率也是厘革的，換言之，其功率也是隨時間厘革的，這個厘革的功率，就是瞬時功率。

在電路中，電功率偶爾也用瞬時功率表現，其輕重即是該時候的電壓與電流乘積，即p=ui（三者均用小寫字母表現），單位為“瓦特[W]”。顯然，瞬時功率即是瞬時電壓乘以瞬時電流，它們都是瞬時值。

瞬時功率的了解但是很簡便，比如在0時候的瞬時功率為10W，表現該時候電能的斲喪速率為10焦耳每秒（10J/s）, t1 時候的瞬時功率為25W，表現此時電能斲喪的速率為25焦耳每秒（25J/s）。

實踐上，計量用表計上的功率、家用電器上標定的功率指的都是均勻功率，它是瞬時功率的均勻值，用大寫字母“P”表現，單位也是“瓦特[W]”。

依據功率的界說，電能量W=pt ，相似于跑步距離即是跑步速率乘以時間。假如以瞬時功率厘革畫一條曲線，那么該曲線與橫軸（時間軸）圍成的面積就表現能量厘革，如下圖1-2所示。

圖1-2

如圖1-2所示，若某局部電路端口的瞬時功率隨實踐厘革，它與時間橫軸圍成的面積有正有負。在0~t1 時間段，瞬時功率為正值，以是該局部電路的能量厘革為正（面積為正值），即吸取能量；在t1 ~t2 時間段，瞬時功率為負值，以是該局部電路的能量厘革為負（面積為負值），即開釋能量。

固然，假如要盤算從0~t2 時間段的均勻功率，那么就要把一切能量厘革相加（吸取能量為正，開釋能量為負），再除以時間，即P=W總 /t 。這就好比求跑步的均勻速率，要先求出總位移（往前跑為正，往回跑為負），再除以時間。

看到這里，我信賴各位對瞬時功率安靜均功率都有了比力明晰的了解，在此基本上，我們再來分析一下正弦交換電路中電感元件和電容元件的功率是怎樣的。

02

交換電路中感元件和電容元件的功率

在正弦交換電路中，抱負的電感元件和電容元件都是儲能元件，便好壞耗能元件。所謂“非耗能”，是指在任一周期內，電感元件和電容元件從電源側所吸取的能量和為零。那么，它為什么是零呢？渴望在看了接下去的內容后，你能給出本人的一份答案。

1、交換電路中電感元件的功率

在交換電路中，電感元件的電壓相位超前電流相位90°，它們的波形圖如下圖1-3所示。綠色波形圖表現電壓 u ，藍色波形圖表現電流 i 。

圖1-3

在圖1-3中，電壓相位超前電流相位90°，假如看不出怎樣超前的，可以如此了解：橫軸為時間，隨著時間的厘革，在180°區間內，電壓波形先到達最大值，電流后到達最大值，兩個最大值的跨度為90°；大概說，電壓先到達過零點（斜率為正），電流后到達過零點（斜率為正）。

電感元件中，瞬時電壓與瞬時電流波形圖已知，由于瞬時功率p=ui ，可以得出電感元件的瞬時功率波形如圖1-3中的赤色曲線所示。但是這個功率是有一個盤算歷程的，但比力繁復，我就不再掀開解說了，各位感興致的可以去補一下三角函數的知識。

把圖1-3中電感元件的瞬時功率波形圖單獨體現，如下圖1-4所示?？梢钥吹?，電感元件的瞬時功率按正弦紀律厘革，是一個周期量。

圖1-4

團結上文提到的能量與功率曲線的干系，從圖1-4中也可以看到，電感元件在一個功率周期內，會從電源吸取能量（正半面積），也會對電源開釋能量（負半面積），由于曲線的對稱性，正半面積的輕重恰好即是負半面積，這標明，電感元件所吸取的能量全部又開釋回去，一點都不留。這就是電感元件的非耗能特性，電感元件只和電源之間舉行能量互換，而不會像電阻元件那樣把電能轉化為熱能、光能等從而斲喪掉。電感元件的這種吸取能量又開釋能量的特性稱為儲能特性。

基于圖1-4，我們可以盤算一下電感元件的均勻功率，基于其瞬時功率的周期性，每一個周期的能量厘革歷程都是一樣的，以是我們任取一個周期盤算即可。

但是，不必盤算，我想各位也曉得，電感元件的均勻功率為0。由于在一個周期內，電感的總能量厘革為0（吸取又開釋），以是均勻功率如下圖1-5所示。

圖1-5

2、交換電路中電容元件的功率

在交換電路中，電容元件的電流相位超前電壓相位90°，它們的波形圖如下圖1-6所示。綠色波形圖表現電壓 u ，藍色波形圖表現電流 i 。

圖1-6

依據電容元件的瞬時電壓波形和瞬時電流波形，可以得出電容元件的瞬時功率波形如圖1-6的赤色曲線所示。顯然，電容元件的瞬時功率也是一個周期量。

那么，電容元件的均勻功率是幾多，應該不必我說了吧？沒錯，也是零。

既然電感元件和電容元件的均勻功率都為零，而工程計量中的功率卻又是均勻功率，那么，電感元件和電容元件與電源之間的能量互換就不克不及用均勻功率來體現，這又該怎樣辦呢？這個成績就由無功功率來解答。

03

無功功率

為了表現電感元件和電容元件與電源之間的能量互換情況，把它們的瞬時功率最大值界說為無功功率，如下圖1-7所示，我們以電容元件為例。

圖1-7

圖1-7所示的電容元件的瞬時功率波形圖中，其瞬時功率的最大值即為電容元件的無功功率，用字母Q表現，單位為var[乏]，它表現電容元件與電源之間能量互換的最快速率（由于功率表現能量厘革的快慢）。

在數值上，這個瞬時功率最大值恰好即是電容元件的電壓好效值乘以電流僅限值，即Q=UI 。這但是是有一個數學盤算的推導歷程的，在此我也不再掀開分析，各位感興致的，照舊去看一下三角函數的干系知識吧。同理，電感元件的無功功率也即是電感元件兩頭的電壓好效值乘以其電流好效值。

回到上文的那句話，各位曉得我為什么說“無功功率”是一個功率，但又不完善是一個功率了吧？由于一方面它表現了儲能元件與電源之間能量互換的最快速率，這是功率，但另一方面它并不表現儲能元件的耗能特性，以是它又不是功率。

所謂“無功”，但是就是無耗能，不把電源的能量花出去，但又確的確實吸取了電源的能量，即使它又還回去了。

圖1-8

別的，各位仔細察看我給出的電感元件和電容元件的電壓電流，可以發覺，但是它們是用一個電流，也就是說，我們可以把此時的電感元件和電容元件當串聯處理，然后比力它們的瞬時功率曲線，如上圖1-8所示。這標明，當電感元件和電容元件串聯時，它們與電源的能量互換歷程相反，即當電感元件吸取能量時，電容元件開釋能量。

某一端口電路中，若同時存在電阻、電感、電容，其總的瞬時功率曲線如圖1-9所示。為了同時展現電阻所斲喪的功率、電感與電容所互換的功率，并作出區別，把電阻元件斲喪的均勻功率稱為“有功功率”，其值即是端口電壓與電流的余弦值。把電感、電容看作一個全體，它們與電源之間能量互換的總無功功率稱為該一端口的無功功率，其值即是端口電壓與電流的正弦值。

圖1-9

關于有功和無功為什么是余弦和正弦，這也是一個盤算的推導歷程，我在此也不再掀開論述。那么，這次的分享就到這里啦！