有功功率與無功功率是電力系統中兩種重要的功率形式,它們的計算公式分別基于電壓有效值(U)、電流有效值(I)以及它們之間的相位差(a)。有功功率,以字母P表示,等于電壓乘以電流的余弦函數(U*I*cos(a)),單位是千瓦(kW),是電路中電阻消耗的功率,反映了設備的實際工作能力。無功功率,用字母Q表示,等于電壓乘以電流的正弦函數(U*I*sin(a)),單位是千乏(kvar),主要存在于電感和電容電路中,負責建立和交換磁場或電場能量。
視在功率(S或Ps)則是電壓與電流的乘積,不考慮它們的相位差,單位為千伏安(kVA)。功率因數(cosφ)則是有功功率與視在功率的比值,其計算公式為P/S。功率因數反映了電能的有效利用率,理想情況下,功率因數越高,無功功率消耗越少,有功功率使用效率越高。
影響功率因數的關鍵因素包括大量電感性設備如電動機、感應電爐等,它們消耗大量無功功率。例如,異步電動機的無功功率占用總消耗的60%~70%。變壓器的無功功率也占有一定比例,空載運行或低負載狀態會增加無功需求。此外,供電電壓的穩定性對功率因數有顯著影響,電壓過高或過低都會導致無功功率變化,因此電力系統需要保持穩定的供電電壓。