揭秘KVA和KW的區別與換算及視在功率、有功功率、無功功率的關系

一、KVA、KW、Kvar三者是什么關系？又有什么區別和聯系？
在自動化領域，我們經常看到，一些電氣設備如：變壓器用KVA為單位，變頻器、電機以KW為單位,而串聯電抗器、電容器以Kvar為單位。那么問題來了，1KVA等同于1KW或者1Kvar嗎？如果不是，KVA、KW、Kvar這三者又是什么關系呢？

首先，給您來個較易理解的調侃型解釋：用一瓶酒表示KVA，能真正喝進嘴里的代表KW，喝完后的空酒瓶子是KVar。一支煙是KVA，能抽的是KW，煙屁股是KVar。

好了，下面進入專業分析：
kva是指視在功率，kw表示有功功率，Kvar表示無功功率，我們通常講容量是一個廣義的概念，具體到不同的設備有不同的概念。如大部分耗能或發電的設備容量指的是有功功率，而變壓器的容量指的是視在功率；電容器的容量指的是容量指的是無功功率。所以一般變壓器銘牌上不標示有功功率，只標示視在功率s（也就是容量）。s＝根號下3×u i。有功功率p＝根號下3×u i×功率因數（cosA），有功功率是指實際做功的那部分功率，也就是說把電能轉換成其他形式的能量，比如說機械能（通過電動機），光能（通過燈），熱能（通過電阻）。而無功功率是在線路中進行能量交換的那部分功率，比方說和線路中的電感和電容進行能量交換的部分，他們只進行能量的交換，但是不消耗功率所以叫做無功功率，一般用Q表示，單位kvar（千乏）。視在功率（S：單位KVA）包含有功功率（P：單位KW）與無功功率（Q：單位KVar）；它們之間的關系是：S²=P²+Q²。換言之，KVA、KW、Kvar這三者的關系其實質就是視在功率、有功功率與無功功率之間的關系。下面我們來一一細說：

KVA和KW都是功率的單位，都是電壓×電流的結果。但是，二者所表示的含義是大不相同的。不管發動機、電動機還是發電機，輸出的都是有功功率，而有功功率的單位就是KW；發電機在發電過程中，除了產生有功電能用于輸出外（包括損耗），還可以通過調節發電機輸出電流和電壓之間的相位關系，輸出無功功率，為負載提供無功電流（主要用于變壓器、電動機建立磁場）。因此，發電機輸出的電功率包含了有功功率（P：單位KW）和無功功率（Q：單位KVar）兩部分

一般來說，電力系統的容量主要用視在功率來描述，也就是說單位用kVA（千伏安）；其中的有功功率部分用于電動機、轉化為機械能而做功，這部分有功功率單位就用kW（千瓦）來表示，該部分的電流稱為有功電流；還有一部分電流用于變壓器、電動機的勵磁，稱為無功電流，用于變壓器、電動機建立磁場，為功率傳輸或變換提供“平臺”，這部分功率稱為無功功率，單位用Kvar（千乏）來表示。因此，kVA中“包含”了kW，同時也“包含”了kvar。

二、無功和有功是功率三角形的兩個直角邊,有功比斜邊等于功率因數。
三相設備功率因素一般為0.85（一般功率因素是取0.8的，即1kva=0.8kw，只可用來估算，遇到大型電氣系統必須按公式精確計算。）
單相電容運轉電機的功率因素要低于三相異步電動機的功率因素
單相電機的功率因數一般維持在0.75-0.85之間的
例：500 KVA是變壓器容量，額定負載功率與用電設備的功率因素有關，三相設備功率因素一般為0.85，換算成電功率為 ：額定功率P=500*0.85＝425KW，因此可以負擔你說的總共360KW設備，500KVA與500KW不是相等的，變壓器可以短時過負荷，需要特別指出的是，長期超額定容量使用會縮短變壓器的使用壽命！

有功電流和無功電流之間存在相位差，所以使得系統的電壓和電流之間有相位差，也就是系統的功率因數（cosφ）產生的原因。P=S×cosφ，Q=S×sinφ。cosφ越大，系統的kVA中包含的kW就越大，這就是系統提高功率因數的原因。

為了更好地理解有功電流跟無功電流，一位老電工給出了經典的解釋，分享給大家：“電分直流與交流，直流電你就那些耿直的人一樣，不管怎么樣，一直勤勤懇懇。而交流電比較狡猾，一會兒東，一會兒西。有空子就鉆，如果遇到阻力大的老板（白熾燈泡、電阻爐等電阻負荷的功率因數為1），就比較老實，出力也會比較多，一旦老板是比較感性的老板（具有電感性負載的電路功率因數都小于1），它就開始磨洋工，也不是不工作，就是在工作時間會分一部分力量去到無形的空間中散發，比如看個微信，刷個網購什么的。當然有用的產出就少了。當然，一般它也不會做得很過份，85%的力還是出的。當然，如果感性的老板配上一個KPI之類的任務欄（比如說并聯電容器之類的，就可以補償無功功率，以提高功率因數）反正，最終以任務為導向的嘛。”

舉個案例：一工廠由于某種原因，無功表本月實際用量為100125，有功表本月實際用量為48420（沒錯，無功比有功走得多！）請問功率因數應該怎么算？

答:功率因數cosφ=P/S=P/[(P^2+Q^2)^0.5] 其中，P為有功功率，Q為無功功率，S為視在功率 48420是有功電量 100125是無功電量 功率因數cosφ=有功功率/視在功率＝有功功率/（（有功功率的平方+無功功率的平方）開根號）＝0.43536

三、下面重點談談“功率三角形”——反映“視在功率、有功功率、無功功率”三者之間的數學關系：

1、有功功率：在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不可逆轉換的那部分功率（如轉變為熱能、光能或機械能）稱為有功功率，簡稱“有功”， 用“P”表示，單位是瓦（W）或千瓦（KW）。

它反映了交流電源在電阻元件上做功的能力大小，或單位時間內轉變為其它能量形式的電能數值。實際上它是交流電在一個周期內瞬時功率的平均值，故又稱平均功率。它的大小等于瞬時功率最大值的1/2，就是等于電阻元件兩端電壓有效值與通過電阻元件中電流有效值的乘積。

2、無功功率：為了反映以下事實并加以表示，將電感或電容元件與交流電源往復交換的功率稱之為無功功率。簡稱“無功”，用“Q”表示。單位是乏（Var）或千乏(KVar)。

在交流電路中，凡是具有電感性或電容性的元件，在通電后便會建立起電感線圈的磁場或電容器極板間的電場。因此，在交流電每個周期內的上半部分（瞬時功率為正值）時間內，它們將會從電源吸收能量用建立磁場或電場；而下半部分（瞬時功率為負值）的時間內，其建立的磁場或電場能量又返回電源。因此，在整個周期內這種功率的平均值等于零。就是說，電源的能量與磁場能量或電場能量在進行著可逆的能量轉換，而并不消耗功率。

無功功率是交流電路中由于電抗性元件（指純電感或純電容）的存在，而進行可逆性轉換的那部分電功率，它表達了交流電源能量與磁場或電場能量交換的最大速率。實際工作中，凡是有線圈和鐵芯的感性負載，它們在工作時建立磁場所消耗的功率即為無功功率。如果沒有無功功率，電動機和變壓器就不能建立工作磁場。

3、視在功率：交流電源所能提供的總功率，稱之為視在功率或表現功率，在數值上是交流電路中電壓與電流的乘積。視在功率用S表示。單位為伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用來表示交流電源設備（如變壓器）的容量大小。

視在功率即不等于有功功率，又不等于無功功率，但它既包括有功功率，又包括無功功率。能否使視在功率100KVA的變壓器輸出100KW的有功功率，主要取決于負載的功率因數。

4、功率三角形
視在功率（S）、有功功率（P）及無功功率（Q）之間的關系，可以用功率三角形來表示，如下圖所示。它是一個直角三角形，兩直角邊分別為Q與P，斜邊為S。S與P之間的夾角Ф為功率因數角，它反映了該交流電路中電壓與電流之間的相位差（角）。

電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦叫做功率因數，用符號cosΦ表示，在數值上，功率因數是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S

三相負荷中，任何時候這三種功率總是同時存在：功率因數cosΦ=P/S：sinΦ=Q/S

（1）當三相負載平衡時：對于三相對稱負載來說，不論是Y形接法還是△形接法，其功率的計算均可按下式進行：

（2）當三相負載不平衡時：分別計算各相功率，再求和，
P=P1+P2+P3=U1*I1*cosφ1+U2*I2*cosφ2+U3*I3*cosφ3

（3）如果三相電路的負載不對稱，則上述公式不能使用，這時必須用三個單相電路功率相加的方法計算三相總功率。 “功率三角形”是表示視在功率S、有功功率P和無功功率Q三者在數值上的關系，其中φ是u(t)與i(t)的相位差, 也稱功率因數角。

由功率三角形可得 ：P=Scosφ，Q=Ssinφ=Ptgφ

對于三相電路： P=√3 UIcosφ，Q=√3 UIsinφ， S=√3 UI=√（P2+Q2）

KW是指有功功率，KVA是指視在功率或容量， 對于用電器來說，VA*功率系數=W

在電阻類器件上，VA=W它的功率系數是1，在電動機上，功率系數是0.7-0.9不到1；
在發電機上，W指的應該是主動機的功率，比如說汽油機或柴油機的輸出功率，VA應該指的它的帶負載能力。（帶負載能力就是代表器件的輸出電流的大小。）KW：有功功率（P）單位，KVA：視在功率（S）單位，VAR： 無功功率Q，S＝（P平方＋Q平方）的開方，P＝S＊cos(φ)，φ是功率因數，S=UI＝I＊I＊│Z│，Z為復數阻抗，有功功率（單位KW）與視在功率（單位KVA）差一個cos(φ)。

四、附圖：電流、KW、KVA、HP（匹，1hp=0.746KW）等之關系

注：HP是功率單位，叫作馬力，即電動機的額定功率。 1匹等于1馬力，單位為HP；1匹=0.746KW 電機一般是以馬力為單位的， 如1HP（0.75KW) 1.5HP（1.1KW) 2HP（1.5KW) 3HP（2.2KW) 5HP（3.7KW) 7.5HP（5.5KW) 10HP（7.5KW) 15HP（11KW) 20HP（15.KW) 25HP（18.5KW) 30HP（22KW) 40HP（30KW) 50HP（37KW) 75HP（55KW) 100HP（75KW) 一般在進口電機中大都采用HP作為功率單位。變頻器也是按以上的規格生產的！