功率因数(Power Factor)的大小与电路的负荷性质有关 。如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1 。一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1 。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据 。
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功率因数低 。说明用于产生建立磁场的无功功率大 。从而降低了设备的利用率 。增加了线路供电损失 。
中文名:功率因数
别 称:功率相位差因数
表达式:cosΦ=P/S
应用学科:物理学
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适用领域范围:电学
1、功率因数的含义
在电气领域的负载有三个基本品种:电阻、电容和电感 。电阻是消耗功率的器件 。电容和电感是储存功率的器件 。日常所用的交流电在纯电阻负载上的电压和电流是同相位的 。即相位差q = 0° 。如图1(a)所示;交流电在纯电容负载上的电压和电流关系是电流超前电压90°(q =90°) 。如图1(b)所示;交流电在纯电感负载上的电压和电流关系是电流滞后电压90°(q = -90°) 。如图1(c)所示 。
图1 不同性质负载上的电流电压关系
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功率因数的定义是:
在电阻负载上的有功功率就是视在功率 。即二者相等 。所以功率因数F=1 。而在纯电容和纯电感负载上的电流和电压相位差90° 。所以所以功率因数F=cosq = cos90°=0 。即在纯电容和纯电感负载上的有功功率为零 。
从这里可以看出一个问题 。同样是一个电源 。对于不同性质的负载其输出的功率的大小和性质也不同 。因此可以说负载的性质决定着电源的输出 。换言之 。电源的输出不取决于电源的本身 。就像一座水塔的供水水流取决于水龙头的开启程度 。
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从上面的讨论可以看出 。功率因数是表征负载性质和大小的一个参数 。而且一般说一个负载只有一种性质 。就像一个人只有一个身份证号码一样 。这种性质的确定是从负载的输入端看进去 。称为负载的输入功率因数 。一个负载电路完成了 。它的输入功率因数也就定了 。
比如UPS作为前面市电或发电机的负载而言 。比如六脉冲整流输入的UPS 。其输入功率因数就是0.8 。不论前面是市电电网还是发电机 。比如要求输入100kVA的视在功率 。都需要向前面的电源索取80kW的有功功率和60kvar的无功功率 。如果UPS的输入功率因数是0.6 。就需要向前面的电源索取60kW的有功功率和80kvar的无功功率 。像这样的输出分配 。前面电源是“无权”决定的 。
2.负载功率因数是什么 。有什么区别
那么负载功率因数为0.8的100kVA UPS在带线性负载时 。为什么给不出80kW呢?一般这种情况下的工频机UPS设计是根据额定的有功功率选择逆变器 。而无功功率部分由逆变器后面的电容器C来承担 。在图中的逆变器功率选择就是根据负载功率因数设定的 。这里是以负载功率因数为0.8的100kVA UPS为例的数字 。逆变器是根据80kW选择的功率管 。电容器C的容量是根据输出的无功功率60kvar选定的(当然还需另外加上滤波时所需的容量) 。
交流电路中,负载的功率因数主要取决于负载性质 。当负载是纯电阻性质时,负载电流和负载电压是同方向的,功率因数为1; 当负载是感性(电动机,空载变压器等)电流滞后电压一个角度,而容性负载(电容器,空载线路、电缆)电流则领先电压一个角度 。
很多不懂的人仍认为功率因数是百分数 。常听到有人问:你的UPS的输入功率因数是百分值多少?这从上面的计算就可清楚地看到 。有功功率和无功功率是正交关系 。从向量图也可看到视在功率、有功功率和无功功率三者之间的关系是直角三角形勾股弦的关系 。
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所以有功功率和无功功率是不能直接加减的 。比如上面的例子 。如果将80kW看做80% 。那么60kvar就是60% 。这样一来有功功率和无功功率加在一起就是140% 。显然是不对的 。这个最基本的基本概念如果搞不清楚 。其他概念就很难去理解了!
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三相负荷中 。任何时候有功功率 。无功功率 。实在功率这三种功率总是同时存在:
附功率因数相关计算公式:
视在功率S=1.732UI
有功功率P=1.732UIcosΦ
无功功率Q=1.732UIsinΦ
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