在交流電路中,電源供給負載的功率可分為三種:有效功率、無效功率,以及視在功率。三者之間並非單純的加法關係,而是以向量(相量)方式組合,這也是電源供應器效率計算時,必須特別留意的地方。
有效功率(實功,W)
是保持用電設備正常運作所需的電功率,也就是電能實際被轉換為其他形式能量(如動能、光能、熱能)的部分。這是真正被負載「用掉」、做了實際功的電力,也是電費計價與設備輸出功率的計算基礎。
無效功率(虛功,VAR)
用於電路內電場與磁場的交換,是在電感性或電容性元件(如馬達線圈、變壓器)中,建立和維持磁場(或電場)所需的電功率。這部分電力並不做實際功,只是在電源與負載之間來回震盪,但仍會佔用線路的電流容量。
視在功率(VA)
是有效功率與無效功率的向量和,而非兩者的直接相加:
S² = P² + Q² 即 S = √(P² + Q²)
之所以不能直接相加,是因為有效功率與無效功率在相位上相差 90°(有效功率與電壓同相,無效功率與電壓相差 90°),兩者是彼此正交的分量,必須以畢氏定理(功率三角形)計算合成後的視在功率。
舉例來說,若有效功率 P = 800W、無效功率 Q = 600VAR:
- 錯誤算法(直接相加):S = 800 + 600 = 1400VA
- 正確算法(向量和):S = √(800² + 600²) = √1,000,000 = 1000VA
兩者差異不小,尤其在無效功率占比較高的場合(如馬達、變壓器等感性負載),這個誤差會更明顯。
效率計算應以有效功率為準
一般電源供應器計算效率時,須以有效功率(W)為準,不可用視在功率(VA)計算:
效率 = 輸出有效功率(W) ÷ 輸入有效功率(W)
這是因為效率反映的是實際輸出功與輸入功的比值,而非電流容量的使用比例。連結有效功率與視在功率的橋樑則是功率因數(Power Factor, PF):
PF = P ÷ S
PF 越接近 1,代表視在功率幾乎都被有效利用;PF 偏低時,代表同樣的有用功卻需要更大的供電容量,效率較差、線損較高,這也是電源供應器導入 PFC(Power Factor Correction,功因修正)電路的主要原因。