功率因數(shù)的相關(guān)知識

功率因數(shù)的相關(guān)知識

 什么是功率因數(shù)？
(1) 最基本回答：拿設(shè)備作舉例。例如：設(shè)備功率為100個(gè)單位，也就是說，有100個(gè)單位的功率輸送到設(shè)備中。然而，因大部分電器系統(tǒng)存在固有的無功損耗，只能使用70個(gè)單位的功率。很不幸，雖然僅僅使用70個(gè)單位，卻要付100個(gè)單位的費(fèi)用。在這個(gè)例子中，功率因數(shù)是0.7 (如果大部分設(shè)備的功率因數(shù)小于0.9時(shí)，將被罰款)，這種無功損耗主要存在于電機(jī)設(shè)備中(如鼓風(fēng)機(jī)、抽水機(jī)、壓縮機(jī)等)，又叫感性負(fù)載。功率因數(shù)是馬達(dá)效能的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。
   ( 2) 基本回答：每種電機(jī)系統(tǒng)均消耗兩大功率，分別是真正的有用功(叫千瓦)及電抗性的無用功。功率因數(shù)是有用功與總功率間的比率。功率因數(shù)越高，有用功與總功率間的比率便越高，系統(tǒng)運(yùn)行則更有效率。
    (3) 高級回答：在感性負(fù)載電路中，電流波形峰值在電壓波形峰值之后發(fā)生。兩種波形峰值的分隔可用功率因數(shù)表示。功率因數(shù)越低，兩個(gè)波形峰值則分隔越大。保爾金能使兩個(gè)峰值重新接近在一起，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

功率因數(shù)是交流電路的重要技術(shù)數(shù)據(jù)之一。功率因數(shù)的高低，對于電氣設(shè)備的利用率和分析、研究電能消耗等問題都有十分重要的意義。
所謂功率因數(shù)，是指任意二端網(wǎng)絡(luò)（與外界有二個(gè)接點(diǎn)的電路）兩端電壓U與其中電流I之間的位相差的余弦 。在二端網(wǎng)絡(luò)中消耗的功率是指平均功率，也稱為有功功率，它等于:
                                    P=UIcosΦ
   由此可以看出，電路中消耗的功率P，不僅取決于電壓V與電流I的大小，還與功率因數(shù)有關(guān)。而功率因數(shù)的大小，取決于電路中負(fù)載的性質(zhì)。對于電阻性負(fù)載，其電壓與電流的位相差為0，因此，電路的功率因數(shù)最大（）；而純電感電路，電壓與電流的位相差為π／2，并且是電壓超前電流；在純電容電路中，電壓與電流的位相差則為－（π／2），即電流超前電壓。在后兩種電路中，功率因數(shù)都為0。對于一般性負(fù)載的電路，功率因數(shù)就介于0與1之間。
   一般來說，在二端網(wǎng)絡(luò)中，提高用電器的功率因數(shù)有兩方面的意義，一是可以減小輸電線路上的功率損失；二是可以充分發(fā)揮電力設(shè)備（如發(fā)電機(jī)、變壓器等）的潛力。因?yàn)橛秒娖骺偸窃谝欢�電�?/SPAN>U和一定有功功率P的條件下工作，由公式
                      I=P/UcosΦ
    可知，功率因數(shù)過低，就要用較大的電流來保障用電器正常工作，與此同時(shí)輸電線路上輸電電流增大，從而導(dǎo)致線路上焦耳熱損耗增大。另，在輸電線路的電阻上及電源的內(nèi)組上的電壓降，都與用電器中的電流成正比，增大電流必然增大在輸電線路和電源內(nèi)部的電壓損失。因此，提高用電器的功率因數(shù)，可以減小輸電電流，進(jìn)而減小了輸電線路上的功率損失。
提高功率因數(shù)，可以充分發(fā)揮電力設(shè)備的潛力，這也不難理解。因?yàn)槿魏坞娏υO(shè)備，工作時(shí)總是在一定的額定電壓和額定電流限度內(nèi)。工作電壓超過額定值，會(huì)威脅設(shè)備的絕緣性能；工作電流超過額定值，會(huì)使設(shè)備內(nèi)部溫度升得過高，從而降低了設(shè)備的使用壽命。對于電力設(shè)備，電壓與電流額定值的乘積，稱為這臺(tái)設(shè)備的額定視在功率S額即
                      S額＝U額I額
    也稱它為設(shè)備的容量，對于發(fā)電機(jī)來說，這個(gè)容量就是發(fā)電機(jī)可能輸出的最大功率，它標(biāo)志著發(fā)電機(jī)的發(fā)電潛力，至于發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出多大功率，就跟用電器的功率因數(shù)有關(guān)，用電器消耗的功率為
                      P=S額cosΦ
    功率因數(shù)高，表示有功功率占額定視在功率的比例大，發(fā)電機(jī)輸出的電能被充分地利用了。例如，發(fā)電機(jī)的容量若為15000千伏安，當(dāng)電力系統(tǒng)的功率因數(shù)由0．6提高到0．8時(shí)，就可以使發(fā)電機(jī)實(shí)際發(fā)電能力提高3000千瓦，這不正是發(fā)揮了發(fā)電機(jī)的潛力嗎？設(shè)備的利用也更合理。從這個(gè)角度來講，功率因數(shù)可以表示為有功功率與機(jī)在功率的比值，即
                      cosΦ=P/S額
    如何提高功率因數(shù)，是電力工業(yè)中需要認(rèn)真考慮的一個(gè)重要而又實(shí)際的問題。在平常遇到的電感性負(fù)載的電路中，例如日光燈電路，一般采用并聯(lián)合適的電容器來提高整個(gè)電路的功率因數(shù)。至于如何提高電器設(shè)備本身的功率因數(shù)，在生產(chǎn)技術(shù)中有很多方法，但這是一個(gè)比較專門的問題，不在這里介紹了。