什么是有功功率/無功功率，電能表是如何計(jì)量的？

電能表對有功功率和無功功率的計(jì)量原理，是基于電路中能量轉(zhuǎn)換和電磁交換的本質(zhì)差異，具體機(jī)制如下：

一、有功與無功功率的定義及用途

1.1 有功功率

◆定義：實(shí)際轉(zhuǎn)換為熱能、機(jī)械能、光能等有用能量的電能，例如電動機(jī)驅(qū)動機(jī)械做功或電燈發(fā)光時(shí)消耗的能量。

◆計(jì)量方式：通過測量電壓、電流有效值及其同相位部分的乘積（即瞬時(shí)功率的有功分量），并對時(shí)間積分得到。

◆用途：直接反映用戶實(shí)際用電量，是電力計(jì)費(fèi)的核心依據(jù)。單位：瓦特（W）

公式：P=UTms? ITms?cosφ

●UTms：電壓有效值

●ITms：電流有效值

●cosφ：功率因數(shù)，表示電壓與電流的相位差余弦值

1.2 無功功率

◆定義：用于建立電磁場（如電動機(jī)磁場、電容器電場）的能量交換部分，本身不消耗能量，但會在電路中產(chǎn)生電流損耗。

◆計(jì)量方式：測量電壓與電流正交（相位差90°）部分的乘積（即瞬時(shí)功率的無功分量），并對時(shí)間積分。

◆用途：評估電網(wǎng)效率，需通過無功補(bǔ)償優(yōu)化電能質(zhì)量。單位：乏（var）

公式：Q=UTms?ITms?sinφ

●sinφ：功率因數(shù)的正弦分量，表示無功功率比例。

為了方便大家理解有功/無功，請看以下對比表格：

二、電能表區(qū)分有功與無功的核心原理

2.1 相位差檢測

有功功率對應(yīng)電壓與電流的同相位分量（相位差φ=0°時(shí)最大），而無功功率對應(yīng)正交分量（相位差φ=90°時(shí)最大）。電能表通過檢測電壓與電流的相位差，將總功率分解為有功（P=UIcosφ）和無功（Q=UIsinφ）兩部分。

2.2 四象限劃分與方向判定

以電壓為參考軸，電流相位分為四個(gè)象限：

■ Ⅰ象限：正向有功（用電）+正向無功（感性負(fù)載）。

■ Ⅱ象限：反向有功（發(fā)電）+正向無功。

■ Ⅲ象限：反向有功+反向無功（容性負(fù)載）。

■ Ⅳ象限：正向有功+反向無功。

電能表通過相位關(guān)系判斷能量流動方向，并分別累加正反向有功、無功電能值。

三、技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式

3.1 感應(yīng)式電能表（機(jī)械表）

■有功計(jì)量：電壓線圈和電流線圈產(chǎn)生的交變磁場在鋁盤上形成渦流，磁場相互作用驅(qū)動鋁盤旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與有功功率成正比。

■無功計(jì)量：通過附加相位補(bǔ)償電路或?qū)Ｓ脽o功表實(shí)現(xiàn)，利用移相技術(shù)使磁場相位差固定為90°，測量正交分量。

3.2 電子式電能表

■信號采樣：高速AD轉(zhuǎn)換器采集電壓、電流波形，計(jì)算瞬時(shí)功率值。

■數(shù)字處理：通過傅里葉變換或矢量分解算法提取有功、無功分量，并積分得到電能值。

■方向判斷：根據(jù)電壓與電流的瞬時(shí)極性關(guān)系確定能量流向，區(qū)分正反向電能。

最后，考一考大家：能同時(shí)計(jì)量有、無功電能的表計(jì)是( )。

A. 多功能表 B. 最大需量表 C. 三相有功表 D. 分時(shí)計(jì)量表

此題為用電客戶受理員的初級工模擬考試題

審核編輯 黃宇