关于有功 无功 感性 容性 母线电压一系列问题的探讨

一直以来对无功的概念理解都不透彻，在北极星上看到以下精华帖，写得很好，放到此处以便学习

原址：http://bbs.bjx.com.cn/thread-352371-1-1.html

首先什么叫有功 无功
电压和 方向与其一致的电流分量之间的乘积 称之有功
电压和 方向与其垂直的电流分量之间的乘积 称之无功
如果将电压U比喻成力F 而电流I相当于物体的实际位移S
而力与物体移动位移之间的夹角为Φ
由于功就是W=F*S COSΦ
那么有功=U*I CosΦ 这部分功率实实在在做功
    无功=U*I SinΦ 这部分功率完全没在做功
而这个cosΦ就是功率因素


有人要问了 既然无功不做功 要它做什么
不错 既然不做功貌似是没什么用 但我们目前将电能转化为机械能最普遍的方法就是电机
而电机是无法直接将电能转化为机械能的 它需要一个中间过程就是磁能
电机将吸收的电能转化为磁能 再将磁能转化为机械能
这个过程可以理解为 输出的机械能在不断削弱电机的磁能 而电能又在源源不断的补充这部分被消耗的磁能
这样形成的电能与机械能之间的不断转换。而这个中间环节磁能一直存在却又不做功，但却担当了电能与机械能转换的重任 它便是无功的产生原因和存在必要性。


无功概念出来后 又有两个新的概念 感性负载和容性负载
所谓感性负载 如果电流与电压在一个方向 电流经过它后电流将滞后于电压
所谓容性负载 如果电流与电压在一个方向 电流经过它后电流将超前于电压


这两个概念有了后 有人会问如果我将电网上添加很多电容补偿 强行将母线功率因素补偿到1 即电压与电流无夹角，是不是
电网中间就没有无功了？
其实不是这样的 母线功率因素为1 只能说线路中的容性无功恰好等于感性无功，类似于电容放电时电感在充电，电感充满电后放电时电容恰好放完电需要充电。这个过程理解后，有两个概念便很好理解，其一就是“末端补偿效果最好”
所谓末端补偿就是在感性负载的线路最末端并联电容器对母线进行补偿，这样电容与电感两种性质的无功互相充放电时，电流不会经过母线，而仅仅在这条支路上窜动。
其二就是“为什么不把电网功率因素提升到1”
如果将电网功率因素提升到1时，这就组成了一个LC振荡回路，发生振荡时电路会不断的向外界空间辐射电磁波并且产生大小和方向周期性变化的振荡电流，这是一个极其不稳定的状态，不是我们想看到的。


最后一个问题 母线电压的变化究竟取决于什么
由于大家对感性无功和容性无功有认识后，开始判断感性无功增加使母线电压降低 容性无功增加使母线电压升高。
无可否认在绝大多数情况下电网处于电感性时这句话是对的，但这种判断方法在遇到实际问题时，往往会把自己绕进死胡同。
例如 10KV母线上有一台34MW的同步电动机，过励磁工作（表明电机处于容性工作状态），励磁处于PF调节方式（恒功率因数调节），将电动机的功率因数钳制在0.9（注意是电动机的功率因数而非母线），此时如果我增加电动机的负荷（即有功增加），母线电压将如何变化？
PF=有功/根号（有功平方+无功平方）（word精简版害人啊 插入对象里居然没有公式），由于恒功率因数控制方式下，有功增加，要保持PF不变，无功也要相应增加，而此时同步电动机是容性负载，也就是容性无功要增加是不是母线电压也要增加？其实结果并非如此。
因为母线电压U=ξ-IR 其中ξ为发电机端电压 I 为母线线电流 R为线路所有阻抗和
当发电机端电压ξ保持不变情况下，由于R定死，母线线电压完全取决于母线线电流
之所以说感性无功增加使母线电压降低 容性无功增加使母线电压升高，感性无功增加了母线上的无功电流，从而增加了母线线电流使得母线电压降低；而容性无功增加则减小了母线上的感性电流，从而减小了母线线电流从而使得母线电压升高。
而我举的例子中，同步电动机虽然容性无功增加了减少了母线上的部分无功电流，但同时负荷增加的同时也增加了有功电流。在通常情况下，增加的有功电流将远远大于减小了的无功电流，所以此时母线线电流总体上还是在增大，所以母线电压在降低。
综上所述，如果要判断母线电压的变化，最直接的方法就是看母线线电流是否增加，而别再那考虑感性还是容性无功增加这些复杂而又繁琐的问题，往往还不正确。

电感中电压是超前于电流π/2或90度（记住电感中电流不能突变，所以相位滞后电压90度 ），即电压最大时电流为零,电感的功率为:
Pl=Ul=UmImsinwt*(wt+90°）=UmImsinwt*coswt=UIsin2wt
它是时间的正弦函数,但是频率为电流频率的两倍.在第一、三个四分之一周期内电感吸收功率（PL>0），并把吸收的能量转化为磁场能量，但在第二、四个四分之一周期内电感释放功率（PL<0〉磁场能量全部放出。磁场能量和电源能量的转换反复进行，电感的平均功率为零，不消耗功率。
把正弦电压u= sinwt接在电容C的两端，电容电流ic和电压u为频率相同的正弦量，电流相位超前电压90°，即电压滞后于电流 ，电容的功率Pc
可见功率也是时间的正弦函数，其频率为电压频率的两倍，为与图1-1比较，取ic起始相位为零，电压u滞后于电流 。由图1-2可见，Pc在一周期内交变两次，第一、三个四分之一周期内，电容放电释放功率（Pc<0）,储存在电场中的能量全部送回电源，在第二、四个四分之一周期内，电容充电吸收功率（Pc>0），把能量储存在电场中，在一个周期内，平均功率为零，电容也不消耗功率。


综上所属:感性无功和容性无功是一对相反的功,一般电动机等都是产生感性电流,投入无功补偿装置后,产生容性电流相抵消,降低线路电流.提高设备利用率.
如果是有足够的补偿,则容性无功等于感性无功.