关于有功功率和无功功率问题的困惑

Question

从电路基础角度知道：有功功率和无功功率的算法较为简单，但是如何理解有功和无功功率的意义呢？
我的问题主要是来自于变压器和BUCK电路后续的滤波环节，对于变压器来说，输入功率等于输出功率，但是这句话如何理解呢？，在二次侧存在负载的时候，这里我认为应该是指复功，也就是P+jQ，但是这是在二次侧存在负载，如果二次侧不存在负载，二次侧不消耗功率，反而一次侧需要激励磁场，这样必然消耗无功功率，不消耗有功功率，于是这里的输入输出功率有如何理解？
其二：对于一个简单的DC-DC，的BUCK电路，完全在理想的情况下，不考虑任何损耗，那么的续流二极管上其实是一个类似于方波的信号（与占空比有关），后续的滤波环节我认为可以理解为滤除了方波中的高次谐波，低次谐波将会在负载产生纹波，但是我们理论推导可以得出，BUCK电路的功率效率为100%，就是说输入功率等于输出功率，可是在滤波器中，滤波环节的电容和电感必然消耗无功功率（也可视为输出无功功率？），不消耗有功功率，那么输入的功率必然等于电容电感上的无功功率加上电阻上的有功功率，而输出功率只是有有功功率，怎么可以说是效率是100%，这里的效率就是单指有功？书上说的不清，老师讲的也不深，求高手解答
我说的没有负载是指二次侧开路

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不能追问一楼的朋友，对于你说的情况，输入的其实是无功，但是输出没有啊，于是输入不等于输出，这不与变压器的性能相违背了吗？

Answer 1

1、输入功率=输出功率 是在理想变压器的特定状态下推出的结论，这个结论包含了变压器有功功率和无功功率，但并不适用于对一般变压器的分析。理想变压器二次开路时，等效的一次阻抗无穷大，又因为理想变压器不必考虑激励磁场的建立，一次等效电路中没有并联励磁电抗回路，因此一次回路电流为0，输入功率也是0。事实上，一般变压器在二次开路情况下，由于激励磁场是一个向外不断发射电磁波的辐射源，因而不止消耗无功功率和线圈发热消耗的有功功率，还有辐射消耗的有功功率。
2、电工学里，效率特指输出有功功率与输入有功率的比值。追问

太感谢了，我基本懂什么意思了。那对于滤波器来说，在通带内的信号被保留，通带外的信号被衰减，那通带外的信号的能量是消耗在了这些电容电感上吗？是以无功功率消耗掉的？

追答

滤波器其实就是一个具有特定频率响应特性的负载，将这个具有特定频率响应特性的负载并联或串联在有限功率信号源和目标负载之间，自然就改变了原电路中负载的频率响应特性，通带内的信号功率较多地加载在原负载上，而通带外的信号功率较多地加载在滤波器负载上。

追问

是的，我明白你的意思，加入滤波器实质上是改变了信号的分配对吧？通带外的信号由于滤波器阻抗的一些作用将会被更多分担到了滤波器的阻抗上，这样就是做到了信号的分离，我想问的是，这些信号被拉到滤波器的阻抗上面的以后，他们的能量去哪了？，是以无功的形式被消耗掉了吗？

追答

你没有考虑信号源和负载的阻抗匹配，事实上，在任何一个频段，有限功率信号源的输出功率会随着负载的阻抗变化而变化。也既是：假设原来某信号源1MHz以上频带的输出功率是10W，当并联一个某低通滤波器后，该信号源1MHz以上频带的输出功率或许要降低到0.1W。

追问

谢谢你的回答，我真心明白了，阻抗匹配的确起了作用，谢谢你

Answer 2

（1）理想变压器，输入功率=输出功率；如 1250KVA变压器，初级等于10KV 电流约72A，次级电压0.4KV 电流约1800A，也按照理想变压器来说：10×72=0.4×1800；在没有负载情况下，它消耗无功是不变的，【理想】只是人们为了方便计算的1种假设，此时也不可避免的会消耗1点有功功率，消耗这些东西，没有产生任何效益，用啥来平衡呢？供电公司不是活菩萨，通过收费解决赃官问题。