额定容量 KVA、有功功率KW、无功功率、视在功率 含义说明

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在变压机、电机、机器人等设备铭牌上经常看到额定容量、平均功耗两项,多数人对这两项的含义都一知半解,因此小编收集整理了一下相关知识。


1. 额定容量 KVA

额定容量是指铭牌上所标明的电机或电器在额定工作条件下能长期持续工作的容量。通常对变压器指视在功率,对电机指有功功率,对调相设备指视在功率或无功功率,单位为VA,kVA,MVA。

额定容量是指主分接下视在功率的惯用值。如在变压器名牌上规定的容量就是额定容量,它是指分接开关位于主分接,是额定空载电压、额定电流与相应的相系数的乘积。对三相变压器而言,额定容量=额定空载线电压×额定线电流,额定容量一般以kVA或MVA表示。额定容量是在规定的整个正常使用寿命期间,如30年,所能连续输出最大容量。而实际输出容量为有负载时的电压(感性负载时,负载时电压小于额定空载电压)、额定电流与相应系数的乘积。

具体定义:https://baike.baidu.com/item/%E9%A2%9D%E5%AE%9A%E5%AE%B9%E9%87%8F/3513373?fr=aladdin

2. 视在功率 VA

视在功率(apparent power)在电工技术中是指将单口网络端钮电压和电流有效值的乘积。

只有单口网络完全由电阻混联而成时,视在功率才等于平均功率,否则,视在功率总是大于平均功率(即有功功率),也就是说,视在功率不是单口网络实际所消耗的功率。

为以示区别,视在功率不用瓦特(W)为单位,而用伏安(VA)或千伏安(kVA)为单位。

由于视在功率等于网络端钮处电流、电压有效值的乘积,而有效值能客观地反映正弦量的大小和他的做功能力,因此这两个量的乘积反映了为确保网络能正常工作,外电路需传给网络的能量或该网络的容量。

由于网络中既存在电阻这样的耗能元件,又存在电感、电容这样的储能元件,所以,外电路必须提供其正常工作所需的功率,即平均功率或有功功率,同时应有一部分能量被贮存在电感、电容等元件中。这就是视在功率大于平均功率的原因。只有这样网络或设备才能正常工作。若按平均功率给网络提供电能是不能保证其正常工作的。

因此,在实际中,通常是用额定电压和额定电流来设计和使用用电设备的,用视在功率来标示它的容量。

另外,由于电感、电容等元件在一段时间之内储存的能量将分别在其它时间段内释放掉,这部分能量可能会被电阻所吸收,也可能会提供给外电路。所以,我们看到单口网络的瞬时功率有时为正有时为负。

在交流电路中,我们将正弦交流电电路中电压有效值与电流有效值的乘积称为视在功率,即S=UI视在功率不表示交流电路实际消耗的功率,只表示电路可能提供的最大功率或电路可能消耗的最大有功功率。

  1. 有功功率P P=U(eff)I(eff)cosφ 或,表示实际吸收的功率。单位用瓦特表示
  2. 无功功率Q Q=U(eff)I(eff)sinφ此能量在往复交换的过程中,没有消耗掉。单位用kvar表示
  3. 视在功率S S=U(eff)I(eff)
  4. φ称为功率因数角。电压与电流之间的相位差。

视在功率S,它是衡量一个用电设备对上级供电设备的供电功率需求,也就是说为确保网络能正常工作,外电路需传给该设备的能量。它不表示交流电路实际消耗的功率,只表示电路可能提供的最大功率或电路可能消耗的最大有功功率

具体定义:https://baike.baidu.com/item/%E8%A7%86%E5%9C%A8%E5%8A%9F%E7%8E%87/1016909?fr=aladdin

3. 有功功率(也叫平均功率) 

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叫做有功功率,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,在交流电路中,凡是消耗在电阻元件上、功率不可逆转换的那部分功率(如转变为热能、光能或机械能)称为有功功率;

其物理意义是指电路中电阻部分所消耗的功率 用以区分电路中,由于电容、电感等可能产生的电磁场(无功功率)等消耗的功率。 

有功功率就是瞬时功率的平均值,也就是瞬时功率公式的第一部分,电压电流相位完全相同时,电能完全是有功。(对于直流电来说电压与电流是同步的,所以对于直流电只存在有功功率。)

4. 无功功率

将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率。 有功功率反映的是电路消耗的功率,而无功功率反映的是电路储能元件的能量交换情况,它等于能量变换的最大功率,许多用电设备(如配电变压器、电动机等)均是根据电磁感应原理工作的(即电生磁,磁生电),它们电感线圈或电容为建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率,无功的实质作用是建立一个交变的电磁场!如果没有无功功率,电动机和变压器就不能建立工作磁场,因此所谓的 无功 并不是 无用 的电功率,只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已,因此在供用电系统中除了需要有功电源外,还需要无功电源,两者缺一不可。

如果电路中存在大量的感性负载,感抗有阻碍电流变化的性质,它使电流的相位比电压的相位滞后90°;而容抗却有与其相反的性质,它使电流的相位比电压超前90°电感元件和电容元件都是储能元件,它们与电源之间进行能量互换是工作所需,但对储能元件本身来说,并没有消耗能量,所以我们把它叫做无功。无功功率的判定方法就是流过原件的电压和电流的相角。

值得注意的是,如果无用功过大(即UI矢量角过分接近90度),会导致用电器能量利用率底下,所回输到国家电网的杂波会扰乱原有波形,严重的情况下将导致事故,所以通常情况下会对含容或者含感电路进行处理,用电容和电感匹配用电器,使其相对电网来说是一个纯阻性器件。

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