电能表有功/无功功率定义，电表如何计量？

安科瑞电气顾强

电能表测量有功功率和无功功率的原理，基于电路中能量转换和电磁交换的本质差异。具体机制如下：一、有功与无功功率的定义及用途

1.1有功功率

◆定义：电路中实际被负载消耗或转换为其他形式能量（如热能、机械能等）的功率。它是交流电路中电压和电流同相位分量的乘积，展现了电能的有效利用率。

◆计量方式：通过测量电压、电流的有效值及其同相位部分的乘积（即瞬时功率的有功分量），可对时间进行积分计算得出。

◆用途：直接反映用户实际用电量，是电力计费的重要依据。单位：瓦特（W）

公式：P=UTms? ITms?cosφ

●UTms：电压有效值

●ITms：电流有效值

●cosφ：功率因数，表示电压与电流的相位差余弦值

1.2 无功功率

◆定义：用于建立电磁场（如电动机磁场、电容器电场）的能量交换部分，本身不消耗能量，但是会在电路中产生电流损耗。

◆计量方式：测量电压与电流正交（相位差90°）部分的乘积（即瞬时功率的无功分量），并且对时间积分。

◆用途：评估电网效率，需通过无功补偿优化电能质量。单位：乏（var）

公式：Q=UTms? ITms?sinφ

●sinφ：功率因数的正弦分量，表示无功功率比例。

为了有助于大家理解有功/无功，可以参考以下表格进行对比：

二、电能表区分有功与无功的核心原理

2.1 相位差检测

有功功率对应电压与电流的同相位分量（相位差φ=0°时最大），而无功功率对应正交分量（相位差φ=90°时最大）。电能表通过检测电压与电流的相位差，将总功率分解为有功（P=UIcosφ）和无功（Q=UIsinφ）两部分。

2.2 四象限划分与方向判定

1. 第一象限：表示企业从电网获取有功功率和无功功率。在这种情况下，用电线路通常呈感性，可能需要投入补偿电容以提高功率因数。

2. 第二象限：当企业成为发电户时，会向电网反送有功功率，但仍需要从电网获取无功功率。这可以看作是企业内部的发电机在欠励磁状态下运行。

3. 第三象限：表示企业不仅向电网反送有功功率，还反送无功功率。此时，企业的用电设备相当于一台过励磁发电机。

4. 第四象限：在这种情况下，企业从电网获取有功功率，但向电网返送无功功率。这通常是因为电容投入过多，导致线路呈容性。

电能表通过相位关系判断能量流动方向，并分别累加正反向有功、无功电能值。

三、技术实现方式

如下：3.1 感应式电能表（机械表）

■有功计量：电压线圈和电流线圈产生的磁场在铝盘上感应出涡流，涡流与磁场相互作用产生转动力矩（遵循左手定则）

■无功计量：通过附加相位补偿电路或专用无功表实现，利用移相技术使磁场相位差固定为90°，测量正交分量。

3.2 电子式电度表

信号采样：高速AD转换器采集电压和电流波形，计算瞬时功率值。

数字处理：利用傅里叶变换或矢量分解算法提取有功和无功分量，并通过积分获得电能值。

方向判断：依据电压与电流的瞬时极性关系确定能量流向，区分正反向电能。