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揭秘KVA和KW的区别与换算及视在功率、有功功率、无功功率的关系

2019-09-04 19:24阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2937151442

一、KVA、KW、Kvar三者什么关系？又有什么区别和联系？
在自动化领域，我们经常看到，一些电气设备如：变压器用KVA为单位，变频器、电机以KW为单位,而串联电抗器、电容器却以Kvar为单位。那么问题来了，1KVA等同于1KW或者1Kvar吗？如果不是，KVA、KW、Kvar这三者又是什么关系呢？
揭秘KVA和KW的区别与换算及视在功率、有功功率、无功功率的关系

首先，给您来个较易理解的调侃型解释：用一瓶酒表示KVA，能真正喝进嘴里的代表KW，喝完后的空酒瓶子是KVar。一支烟是KVA，能抽的是KW，烟屁股是KVar。
好了，下面进入专业分析：
kva是指视在功率，kw表示有功功率，Kvar表示无功功率，我们通常讲容量是一个广义的概念，具体到不同的设备有不同的概念。如大部分耗能或发电的设备容量指的是有功功率，而变压器的容量指的是视在功率；串联电抗器、电容器的容量指的是容量指的是无功功率。所以一般变压器铭牌上不标示有功功率，只标示视在功率s（也就是容量）。s＝根号下3×u i。有功功率p＝根号下3×u i×功率因数（cosA），有功功率是指实际做功的那部分功率，也就是说把电能转换成其他形式的能量，比如说机械能（通过电动机），光能（通过灯），热能（通过电阻）。而无功功率是在线路中进行能量交换的那部分功率，比方说和线路中的电感和电容进行能量交换的部分，他们只进行能量的交换，但是不消耗功率所以叫做无功功率，一般用Q表示，单位kvar（千乏）；视在功率（S：单位KVA）包含有功功率（P：单位KW）与无功功率（Q：单位KVar）；它们之间的关系是：S²=P²+Q²。换言之，KVA、KW、Kvar三者的关系其实质就是视在功率、有功功率与无功功率之间的关系。
二、下面我们来一一细说：
KVA和KW都是功率的单位，都是电压×电流的结果。但是，二者所表示的含义是大不相同的。不管发动机、电动机还是发电机，输出的都是有功功率，而有功功率的单位就是KW；发电机在发电过程中，除了产生有功电能用于输出外（包括损耗），还可以通过调节发电机输出电流和电压之间的相位关系，输出无功功率，为负载提供无功电流（主要用于变压器、电动机建立磁场）。因此，发电机输出的电功率包含了有功功率（P：单位KW）和无功功率（Q：单位KVar）两部分
一般来说，电力系统的容量主要用视在功率来描述，也就是说单位用kVA（千伏安）；其中的有功功率部分用于电动机、转化为机械能而做功，这部分有功功率单位就用kW（千瓦）来表示，该部分的电流称为有功电流；还有一部分电流用于变压器、电动机的励磁，称为无功电流，用于变压器、电动机建立磁场，为功率传输或变换提供“平台”，这部分功率称为无功功率，单位用Kvar（千乏）来表示。因此，kVA中“包含”了kW，同时也“包含”了kvar。
无功和有功是功率三角形的两个直角边,有功比斜边等于功率因数。
三相设备功率因素一般为0.85（一般功率因素是取0.8的，即1kva=0.8kw，只可用来估算，遇到大型电气系统必须按公式精确计算。）
单相电容运转电机的功率因素要低于三相异步电动机的功率因素
单相电机的功率因数一般维持在0.75-0.85之间的
例：500 KVA是变压器容量，额定负载功率与用电设备的功率因素有关，三相设备功率因素一般为0.85，换算成电功率为 ：额定功率P=500*0.85＝425KW，因此可以负担你说的总共360KW设备，500KVA与500KW不是相等的，变压器可以短时过负荷，需要特别指出的是，长期超额定容量使用会缩短变压器的使用寿命！
有功电流和无功电流之间存在相位差，所以使得系统的电压和电流之间有相位差，也就是系统的功率因数（cosφ）产生的原因。P=S×cosφ，Q=S×sinφ。cosφ越大，系统的kVA中包含的kW就越大，这就是系统提高功率因数的原因。
为了更好地理解有功电流跟无功电流，一位老电工给出了经典的解释，分享给大家：“电分直流与交流，直流电你就那些耿直的人一样，不管怎么样，一直勤勤恳恳。而交流电比较狡猾，一会儿东，一会儿西。有空子就钻，如果遇到阻力大的老板（白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1），就比较老实，出力也会比较多，一旦老板是比较感性的老板（具有电感性负载的电路功率因数都小于1），它就开始磨洋工，也不是不工作，就是在工作时间会分一部分力量去到无形的空间中散发，比如看个微信，刷个网购什么的。当然有用的产出就少了。当然，一般它也不会做得很过份，85%的力还是出的。当然，如果感性的老板配上一个KPI之类的任务栏（比如说并联电容器之类的，就可以补偿无功功率，以提高功率因数）反正，最终以任务为导向的嘛。”
举个案例：一工厂由于某种原因，无功表本月实际用量为100125，有功表本月实际用量为48420（没错，无功比有功走得多！）请问功率因数应该怎么算？
答:功率因数cosφ=P/S=P/[(P^2+Q^2)^0.5] 其中，P为有功功率，Q为无功功率，S为视在功率 48420是有功电量 100125是无功电量 功率因数cosφ=有功功率/视在功率＝有功功率/（（有功功率的平方+无功功率的平方）开根号）＝0.43536
三、下面重点谈谈“功率三角形”——反映“视在功率、有功功率、无功功率”三者之间的数学关系：
揭秘KVA和KW的区别与换算及视在功率、有功功率、无功功率的关系
1、有功功率：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”， 用“P”表示，单位是瓦（W）或千瓦（KW）。
它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功率的平均值，故又称平均功率。它的大小等于瞬时功率最大值的1/2，就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。
2、无功功率：为了反映以下事实并加以表示，将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率。简称“无功”，用“Q”表示。单位是乏（Var）或千乏(KVar)。
在交流电路中，凡是具有电感性或电容性的元件，在通电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。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。
3、视在功率：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。
视在功率即不等于有功功率，又不等于无功功率，但它既包括有功功率，又包括无功功率。能否使视在功率100KVA的变压器输出100KW的有功功率，主要取决于负载的功率因数。
4、功率三角形
视在功率（S）、有功功率（P）及无功功率（Q）之间的关系，可以用功率三角形来表示，如下图所示。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

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