关于无功功率的讨论

田社平，陈洪亮

(上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海 200240)

在正弦稳态电路中，与功率有关的概念包括瞬时功率、平均(有功)功率和无功功率、表观功率、复功率等，其中平均功率是指电路实际消耗的功率，其对应的电能将转换为电、磁能量之外的能量如热能等消耗掉，具有十分明显的物理含义;而无功功率作为一种功率的概念，虽然具有功率的量纲，但它终究不是实际作功的功率，其物理含义却不那么明显。在教学过程中，常有学生提出“什么是无功功率?”和“无功功率与瞬时功率有何关系?”等问题。本文结合教学实践，试对上述问题作一讨论。

在电工技术中，无功功率的定义首先源自对储能元件无功功率的定义。对电感元件，无功功率定义为电感两端正弦稳态电压、电流有效值的乘积;对电容元件，无功功率定义为电容两端正弦稳态电压、电流有效值的乘积的负值[1-5]。这说明无功功率不仅有大小之分，而且还有正负之分。

1 无功功率的实质

1.1 无功功率之正负号的含义

无功功率的正负号反映了电容存储的电能和电感存储的磁能之间可以互相转化。利用图1对无功功率的正负号可作进一步说明。图1(a)是LC两个元件的串联。对照电容和电感的瞬时功率曲线，可以看出:电路中的电容在吸收功率的同时，电感恰好在释放功率;而电感在吸收功率的同时，电容恰好在释放功率。在图1(b)所示的并联电路中还包含电阻元件。对照电容和电感的瞬时功率曲线，可以看出:尽管并非在所有的时间段电容和电感在吸收或释放功率正好相反，但在一部分时间段内电路中的电容在吸收功率的同时，电感恰好在释放功率;而电感在吸收功率的同时，电容恰好在释放功率。……