1.1.1 有功功率、无功功率及其他概念

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1.1.1 有功功率、无功功率及其他概念        

         有功功率：又叫平均功率，因为交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值称之为有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，对电动机来说是指它的出力大小，以字母P表示，单位为瓦（W）。
        无功功率：在具有电感（或电容）的电路中，电感（或电容）在半个周期的时间里把电源的能量变成磁场（或电场）的能量贮存起来，在另外半个周期的时间里又把贮存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们的存在，只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的振幅值叫作无功功率，以字母Q表示，单位乏（var）。
        视在功率：在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的直接乘积叫作视在功率，以字母S表示，单位为伏安（VA）。
      
        而真正用于做功（消耗）的功率我们用有功功率来表示。所以我们经常看到电厂的总装机容量用的是有功功率来表征，也即用来向使用都收费的那部分功率（这里简化概念，仅对民用家庭用电的计费来进行理解），但下面会引出另一个问题：

        从式（1-2）和式（1-3）可以看到，如果PF越低，需要供电方提供的功率就越多，即供电方需要的成本也相应要升高，但是消费者是以进线电表的功率形式（即为有功功率）来支付电费，那问题就来了，低的PF导致的无功功率谁来承担。举例说明，一个负载为400W，由于负载PF只有0.8，那么供电局需要提供的功率为400W/0.8=500VA，用户只为400W的负载交纳电费，而供电方需要提供500VA的功率，那多出来的100VA谁来承担？这样即出现了供电方，一般也是政府会要求使用者产品PF尽量要高，以尽可能地减少无功功率的产生。
        外文资料对于功率因数（有功功率、无功功率）有一个类比，将功率三角形（有功功率、无功功率、视在功率）和一杯啤酒进行类比，这个类比极为恰当，如图1-5所示。

   
        而对应于不同功率因数下的情况如图1-6和图1-7所示。

“浪费”的电力（无功功率部分）即为这杯啤酒产生的“泡沫”。
        当然，电费问题（关系到供电方的设备容量问题）只是这个博弈之中的一部分，如果大量的低PF用电负载加在电网上面，其危害还体现在另一个方面，它增加了传输线路的损耗。这里的传输线路，包括从发电机经过输送线缆、配变电站变压器，到终端用户之间的所有线路，线路中消耗的功率见图1-8。

         因为消耗的功率一定，V即电网的端口输出电压一定，那么传输线上的电流和功率因数成反比，当PF降低的时候，那么线路上的电流增加，这是一个很恐怖的事情，因为电流的增加，意味着整个传输线路上的线缆、绝缘材料、变压器都需要更大的电流额定，通俗地来说，即传输线路会因为功率因数的降低而要升级，那么同样增加了成本，而更为严重的是传输配电线路中的损耗，其关系见图1-9。

        在这里，Ploss是指线路中的损耗；Rloss为整个路径上的阻抗；I为线路中的电流；Vloss即为压降。

        线缆和导线中总是存在电阻，这样在传输中的损耗如图1-9所示，可以看到，损耗与线路电流的二次方成正比，所以提高PF，可以减少线路中的电流，也可以减少输电线路中的损耗。
         在这里我们可以得到关于问题2的答案了：
· 低的PF用电设备，对供电系统及输电系统存在不利影响。
· PF与消耗的实际有功功率无关，对终端用电用户不存在影响，因为终端用户只对有功功率付费，即产品消耗的实际功率。
        再回到定义：

那么不利影响产生的原因是因为相移因数还是因为畸变因数，抑或是二者的综合影响呢？