2.1.2 有功功率与无功功率

在电路中，通过消耗电能而达到预定功能的元件特性是电阻性；通过储存和释放磁场能量而达到一定功能的元件特性是电感性；通过储存和释放电能量而达到一定功能的元件特性是电容性。它们是电路的三大基础元件特性。

在电阻电路中，任意时刻电阻的电压值和电流值相互决定、电压方向和电流方向也相互决定，与此时刻前的任何值无关。不存在数值不跟随或相位有异的情况，因此，电阻吸收的瞬时电功率 p=ui在任意时刻均为正值，表示电阻在任意时刻均是耗能而绝不能发出电能，其所吸收的电能被全部转换为预定功能的非电形式的能量（如热能或机械能等）和各种损耗，在正弦交流电路中电阻吸收瞬时功率的平均值表示为有功功率P=UI。纯电阻负载功率因数cosφ为1。

在纯电感正弦交流电路中，电压 u 与自感电动势 eL 反相，u = -eL。电流i比自感电动势eL超前90°、比电压u滞后90°。当电感线圈通过电流时，电流 i产生交变磁通Φ，其周围就建立起磁场。在具体的电感电路中，电磁场作为一种能量，其值与电流的平方成正比。从图2-2中可见，电压与电流同相时瞬时功率（p=ui）取正值、反相时取负值。p为正时表示电感吸收电源能量并转换为磁场能量，该充磁段 i 在正半周所建立的磁场极性与 i 在负半周所建立的磁场极性相反。p为负时表示磁场能量转换为电能回馈电源，该去磁段相反极性的磁场对应i在正负半周向电源回馈能量。两种形式的能量通过电流 i在电感与电源之间不断转换。由于 i比 u端滞后90°，使瞬时功率 p=ui呈现正负相抵消形态，表示纯电感正弦交流电路的平均功率为零，即电路不消耗电能。在电路中不形成非电能量转换，只因为储存和释放磁场能量而存在的电流，即充磁去磁电流就是感性无功电流，形成感性无功功率QL=UI，表达电源与电感线圈之间能量交换的规模。

图2-2 纯电感电路瞬时功率波形和矢量图

在纯电容正弦交流电路中，电压 u 比电流 i 滞后90°。在具体的电容电路中，电场作为一种能量，其值与电压的平方成正比。从图2-3中可看到，电压与电流同相时瞬时功率（p=ui）取正值、反相时取负值。p为正时表示电容吸收电源能量并转换为电场能量，u在正负半周所建立的磁场极性相反。p 为负时表示电场能量转换为电能回馈电源，相反极性的电场对应 u 在正负半周向电源回馈能量。瞬时功率p=ui 呈现正负相抵消形态，表示纯电容正弦交流电路的平均功率为零，即电路不消耗电能。在电路中不形成非电能量转换，只因为储存和释放电场能量而存在的电流，即充电放电电流就是容性无功电流，形成容性无功功率QC=UI，表达电源与电容之间能量交换的规模。

图2-3 纯电容电路瞬时功率波形和矢量图