小看功率了,居然还分KW、KVA和Var,用功率三角形直接看清他们的真面目

下午看机器人控制柜,铭牌写上的12KVA,然后我又看了一下电机的铭牌,上面写的4.3KW,那么KVA和KW到底是什么关系?

下图是机器人控制柜上的铭牌,上面写的POWER SUPPLY(电源)12KVA。

小看功率了,居然还分KW、KVA和Var,用功率三角形直接看清他们的真面目

下图是FANUC R-2000iC/125L机器人1/2/3轴电机上的铭牌,上面写的4.3KW,机器人4/5/6轴电机是2KW,6个电机的功率加起来是18.9KW,并不等于12KVA,那么KW和KVA之间到底是什么关系?

小看功率了,居然还分KW、KVA和Var,用功率三角形直接看清他们的真面目

首先说一下KW、KVA和Var各是什么意思。

  • KW:有功功率,用P表示,这个我们最熟悉。
  • Var:无功功率,用Q表示
  • KVA:视在功率,用S表示

1 有功功率P

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,简称“有功”。

有功功率P反映了交流电源在电阻元件上做功的能力大小,或单位时间内转变为其它能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时转变为其他能量形式的电能数值。

有功功率P的单位为瓦(W)或千瓦(KW),是指单位时间内实际发出或消耗的交流电能量,是周期内的平均功率。单相电路中等于电压有效值、电流有效值和功率因数的乘积。多相电路中等于相数乘以每相的有功功率。

有功功率:P=UIcosΦ>

电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数,用符号cosΦ表示。

2 无功功率Q

在交流电路中,凡是具有电感性或电容性的元件,在通过后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。因此,在交流电每个周期内的上半部分(瞬时功率为正值)时间内,它们将会从电源吸收能量用建立磁场或电场,而下半部分(瞬时功率为负值)的时间内,其建立的磁场或电场能量又返回电源。因此,在整个周期内这种功率的平均值等于零。就是说,电源的能量与磁场能量或电场能量在进行着可逆的能量转换,而并不消耗功率

无功功率是交流电路中由于电抗性元件(指纯电感或纯电容)的存在,而进行可逆性转换的那部分电功率,它表达了交流电源能量与磁场或电场能量交换的最大速率。

无功功率Q的单位为乏(Var)或千乏(KVar),无功功率虽然不对外做功,但决不是无用功率,比如电动机、变压器等都需要无功功率才能正常工作。

为了形象地说明这个问题,现举一个例子:

农村修水利需要开挖土方运土,运土时用竹筐装满土,挑走的土好比是有功功率,挑空竹筐就好比是无功功率,竹筐并不是没用,没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?

实际工作中,凡是有线圈和铁芯的感性负载,它们在工作时建立磁场所消耗的功率即为无功功率。如果没有无功功率,电动机和变压器就不能建立工作磁场。

无功功率:Q=UIsinΦ

3 视在功率S

交流电源所能提供的总功率,称之为视在功率或表现功率,在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。

视在功率用S表示。单位为伏安(VA)或千伏安(KVA),它通常用来表示交流电源设备(如变压器)的容量大小。

视在功率:S=UI

4. 功率三角形

KW、KVar和KVA之间的关系可以用一个功率三角形来表示,它是一个直角三角形,两直角边分别为Q与P,斜边为S,S与P之间的夹角Ф为功率因数角,它反映了该交流电路中电压与电流之间的相位差(角)。

根据公式可以看出它们之间的关系就是:S²=P²+Q²

小看功率了,居然还分KW、KVA和Var,用功率三角形直接看清他们的真面目

5. 机器人控制柜上的12KVA和6个电机功率18.9KW之间的关系

机器人控制柜上的12KVA是指视在功率S。

机器人1/2/3轴电机铭牌上的POWER FACTOR(功率因数)cosφ=0.97,输入电压AMP. INPUT是200~240V,额定电流CONT为17A,功率4.3KW。

整个机器人的6个电机功率之和是18.9KW,按理说视在功率>有功功率,但这里为什么是小于?

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