电方面的一些基础概念

目录

1. 前言

2. 有功功率、无功功率、视在功率、功率因素

3. 基波、谐波

4. V-I轨迹

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1. 前言

       从网上查了一些关于电方面的基础概念的说明，汇总如下，以备参考。

2. 有功功率、无功功率、视在功率、功率因数

       电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。

       有功功率(active power)是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。例如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒;各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。

       无功功率(reactive power)是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。例如：40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。

       有功功率计算公式：P = UIcosφ = Scosφ，单位：瓦(W)；

       无功功率计算公式：Q = UIsinφ，单位：乏(Var)。

       其中：U为电压；I为电流；cosφ为P/S，即功率因数(Power Factor)；S为视在功率(Apparent Power)，单位：伏安(VA)；φ为电压与电流之间的相位差角。

       从公式中可以看出，视在功率、有功功率、无功功率的单位都是伏安，为了分别区分这3个单位，无功功率使用的是英文无功伏安的缩写，即volt Ampere Reactive，简称乏。

       在视在功率不变的情况下，功率因数越低（φ角越大），有功功率就越小，同时无功功率却越大。功率因数低不但降低了供电设备的有效输出，而且加大了供电设备及线路中的损耗，因此，必须采取并联电容器等补偿无功功率的措施，以提高功率因数。

       [补充说明]

       从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。

       我们再用向量来解释无功补偿这个问题。交流电包括了电流量和电压量，这二位在出门前速度和方向都是一样的。两个人遇见了电炉子这等纯电阻元件，毫不畏惧，携手走过。后来走着走着遇见了电感这个恶人，电流惧怕电感（右手螺旋法则学过哇，电流通过电感线圈产生了磁力），电压表示毫无压力的通过。此时二人就有了差别，电流比电压落后了，表现就是电流滞后，向量图表示上差了一个φ。好吧，此时二人还是向前走，遇见了电容大侠，电压表示惧怕，电流表示毫无压力（电容是通交流阻直流），此时由于电压被电容绊了一下脚，电流顺利的追赶上了电压的步伐，二者的差别缩小。我们的用电设备中，电感类设备很多！比如：每个工厂几乎都有的电动机，它的线圈部分就是纯电感。还有我们常常看见的变压器，甚至是家里的灯管等等。这些用电设备大大的阻碍了电流的步伐，所以大型工厂都要求安装无功补偿设备，其实也就是安装电容，目的是要把电流和电压所差的相位角补回来。

3. 基波、谐波

       当供电线路中的正弦波电压施加在非线性电路上时，电流就变成非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。非正弦波可用傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量称为基波，频率大于基波的分量称为谐波。在电力行业中，谐波是指整数倍于工频频率的交流电。我国电网规定工频频率是50 Hz，所以基波频率是50 Hz，这样5次谐波电压（电流）的频率就是250 Hz。

       不同的用电器由于电路设计的不同，产生的谐波也是不同的。因此谐波数据中包含有不同用电器独特的特征。

4. V-I轨迹

       二维的电压-电流（V-I）轨迹法，利用稳态时一个周期的电压电流数据来绘制V-I 轨迹。为避免不同负荷的电压、电流幅度差异对V-I轨迹大小的影响，可以对这两个参数做归一化处理。以归一化后的电压为横坐标，归一化后的电流为纵坐标来绘制负载的V-I曲线。

       不同的负荷拥有不同的轨迹的形状特征。V-I轨迹法主要采纳的形状特征包括曲率、斜率、总面积、左右分区面积、不对称性、相交点、轨迹循环方向以及中间分区的峰值等。点、轨迹循环方向以及中间分区的峰值等。