什么是无功它是怎样产生的补尝原理又是什么

在工厂里的配电室里，很多都会看到一个无功补偿柜。电工们也大概都知道无功补偿就是在线路上切换电容。

那么什么是无功？它是怎样产生的？

通常的解释是：发电机发电发出有功功率也发出无功功率，用电器感性负载需要有功功率，也需要无功功率建立磁场。这个建立磁场的功就是无功了。发电机发的无功功率是有限的，用电器消耗无功功率太多，就会对供电造成影响。

我认为这样的说法很难理解。我的理解是发电机也没有发无功功率，感性负载也不消耗无功功率。发电机发出的电都是一样的，只是发出的电有的做功了，有的没有做功。无功完全是另外一回事。

用 无功 这个词来描述电路里的不做功部分是贴切的。但是把电路里发生的物理现象都用 无功 来概括，就不容易让人理解了。产生无功只是个结果，不是原因。

那么原因是什么呢？

学电的都知道，电感中的电流不能突变，电容中的电压不能突变。意思就是电感中电流滞后电压90度，电容中电压滞后电流90度。再通俗的讲就是，电感中电压最高时电流还没有达到最大，要在90度之后才能达到最大。电容中电流最大时电压还没有达到最大，要在90度之后才能达到最大。交流电一个周期是360度，90度是滞后角。

明白以上原理，无功是怎样产生的就好解释了：在感性负载中，电流滞后于电压90度，也就是说电流与电压不同步。电压最高时电流没有到最大，到电流达到最大时，电压已经下降了，也不是最高了。电路中的实际功率是电压✖️电流也就下降了。比如一个10千瓦的电动机，它的输出功率就达不到10千瓦了。如果还要继续输出10千瓦。它就要从电网中吸取更多的电流。这样用电效率就下降了。电网负荷也是加重的。这部分电能就是无功了。

现在讲补尝原理也就容易理解了：

第一种理解方法是，可以把电容和电感理解为两个电器，电流先进入电容使电流超前90度，然后再进入电感，与在电感中超前的电压正好同步。也就不产生无功了。

第二种理解方法是，电感中的励磁电流是不消耗的，每周过零时，它是会返回电网的，用电容就可以吸收这个电流。下周再提供给电感。从而不再从电网吸收无功功率。

第三种理解方法是，可以把电感和电容看成是LC并联谐振回路。LC并联电路的特点是，在谐振状态，LC并联回路对外呈现的是纯电阻态性。在纯电阻中，电流与电压不会产生相位差，也就不可能产生无功了。

所有的理解方法都只是站的角度不同。 实质发生的现象本质只有一个。

无功不补行吗？为什么无功高了会被供电部门罚款？

第一是因为：无功高了直接降低了供电效率，增大供电损耗。

第二是因为：以上说过，电感中的励磁电流不会被消耗，它还会返回电网。这个电流会在电网中产生高压脉冲，还会产生多次谐波振荡。严重污染电网，干扰电网上其它电器的正常工作。所以必须要进行无功补偿。不过上面讲的都是理想状态。实际电网中允许小的无功存在，并且是无法完全消除的。

总结：无功实质就是电压电流不同步了，效率降低了。补尝的实质是：电感是有感抗的，这个感抗使它无法达到效率最高。然而并联电容后，所形成的是LC并联谐振。对谐振频率来说，回路阻抗几乎为零。所以也就不再消耗电能了，效率自然高了。

什么是无功补偿？

无功补偿的基本原理
无功补偿的基本原理：电网输出的功率包括两部分;一是有功功率：直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;二是无功功率：不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90度.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90度.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180度.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,
　　无功补偿的具体实现方式：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。无功补偿的意义：
　　⑴补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。
　　⑵减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。
　　⑶降低线损，由公式ΔΡ%=（1-cosΦ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数，cosΦ为补偿前的功率因数则：
　　cosΦ>cosΦ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。
　　电网中常用的无功补偿方式包括：
　　① 集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；
　　② 分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；
　　③ 单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。
　　加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。
　　确定无功补偿容量时，应注意以下两点：
　　① 在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。
　　② 功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿
　　就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式：
　　⑴因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。
　　⑵有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。
　　无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：Q≤UΙ0式中：Q---无功补偿容量（kvar）；U---电动机的额定电压（V）；Ι0---电动机空载电流（A）；但是无功就地补偿也有其缺点：⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿；众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大，效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。

无功补偿原理是什么？

无功功率补偿Reactive power compensation，简称无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少电网的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。
无功补偿的基本原理:电网输出的功率包括两部分:一是有功功率:直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率;二是无功功率:不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这种能作为电气设备能够作功的必备条件，并且，这种能是在电网中与电能进行周期性转换，这部分功率称为无功功率(如电磁元件建立磁场占用的电能，电容器建立电场所占的电能)。
当电网电压的波形为正弦波，且电压与电流同相位时，电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积，即：P=U×I。
　　电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场，此时所消耗的能量不能转化为有功功率，故被称为无功功率Q。此时电流滞后电压一个角度φ。在选择变配电设备时所根据的是视在功率S，即有功功率和无功功率的矢量和：
　无功功率为:
　　
有功功率与视在功率的比值为功率因数:
　　cosf=P/S
　　无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC等于感性无功功率QL时，电网只传输有功功率P。根据国家有关规定，高压用户的功率因数应达到0.9以上，低压用户的功率因数应达到0.85以上。
　　如果选择电容器功率为Qc，则功率因数为：
　　cosf= P/ (P2 + (QL- QC)2)1/2
　　在实际工程中首先应根据负荷情况和供电部门的要求确定补偿后所需达到的功率因数值，然后再计算电容器的安装容量：
　　Qc = P(tanf1 - tanf2)=P〔(1/cos2f1-1)1/2-(1/cos2f2-1)1/2〕
　　式中:
　　Qc一电容器的安装容量，kvar
　　P一系统的有功功率，kW
　　tanf1--补偿前的功率因数角, cosf1--补偿前的功率因数
　　tanf2--补偿后的功率因数角, cosf2--补偿后的功率因数[1]
在大系统中，无功补偿还用于调整电网的电压，提高电网的稳定性。
在小系统中，通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。按照wangs定理：在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此，对于三相电流不平衡的系统，只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至接近1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。
无功补偿的具体实现方式:把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
无功补偿的意义:
⑴ 补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。
⑵ 减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW;反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。
⑶ 降低线损，由公式ΔΡ%=(1-cosθ/cosΦ)×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数，cosθ为补偿前的功率因数则:
cosΦ>cosθ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。