功率因数及负载性质

13.5功率因数分析大多数用电设备都是感性负载，如电动机、日光灯、变压器等。

它们在运行中电流总是滞后电压一个φ角，这个相位角影响重大，其电流有两个电流分量。

产生功率的电流或称工作电流，即通过设备能转换成有用功的电流，通常转换成热、光或机械能。

这些功率的单位为W。

磁化电流，即无功或非工作电流，用以产生电磁设备工作所需磁通的电流。

没有这种磁化电流，能量就不能通过变压器铁芯或穿越感应电动机的气隙传送能量。

无功功率的单位为Var(乏)。

有功电流与无功电流的矢量和为总电流，在已知电压为V时，有功功率、无功功率及视在功率与电流成正比，功率的相量图与电流的相量图相似。

13.5.1功率因数的定义(1)功率因数定义由于感性负载电流滞后电压φ角，所以功率计算时，需要把电流矢量投影到电压矢量方向上去(如果以电压矢量作为参考矢量)，因此出现一个COSφ，这个相位差角φ的余弦称为功率因数。

此值变化范围为0～1。

实用中，功率因数也可以定义为线路内有功功率与视在功率之比值称为功率因数。

COSφ＝P/S (13-1)根据功率三角形关系，功率因数也等于有功功率与视在功率夹角的余弦值。

所以有功功率等于视在功率乘功率因数。

(2)功率因数的超前与滞后功率因数是超前还是滞后，取决于有功功率与无功功率两者输送的方向。

如果输送方向相同，则在此点的功率因数为滞后；如果两个功率分量的输送方向相反，则在此基准点的功率因数为超前。

因电容器是一种无功功率源，所以其功率固数总是超前的。

感应电动机是滞后的功率因数，因其需要将有功功率与无功功率同时送入电动机（方向相同）。

过激同步电动机能供给系统无功功率。

有功功率分量送入电动机，而无功功率则送入系统（方向相反），所以功率因数是超前的。

在实际的电力系统中，即使系统中有一些超前功率因数的设备，如过激同步电动机等。

系统功率因数仍可能是滞后的。

(3)功率因数的大小根据负载的性质决定功率因数的大小，当负载为纯电阻时，电流和电压的相位差角为0°，所以COS=1；当负载为纯电感时，电流和电压的相位差角为90°，COSφ=0；当负载为纯电容时，电流和电压的相位差角也是90°，COSφ=0；而感性负载(相当于电阻和电感串联负载)，COSφ=0和1之间，见图(13-5)。

单相整流桥的功率因数
单相整流桥的功率因数取决于负载的性质。

一般来说，有阻性负载、电感性负载和电容性负载三种情况。

1. 阻性负载：
在单相整流桥中，当负载为纯阻性负载时，功率因数为1。

这
是因为阻性负载不引入电感或电容元素，不会产生功率因数的变化。

2. 电感性负载：
在单相整流桥中，当负载为电感性负载时，功率因数会小于1。

电感性负载会产生感性电流，导致电压和电流的相位差，从而降低功率因数。

功率因数的大小取决于电感的大小。

3. 电容性负载：
在单相整流桥中，当负载为电容性负载时，功率因数会大于1。

电容性负载会产生容性电流，导致电压和电流的相位差，从而提高功率因数。

功率因数的大小取决于电容的大小。

需要注意的是，除非特别说明，一般情况下单相整流桥的负载为阻性负载，因此功率因数为1。

实际应用中，可以通过添加
功率因数校正电路来改善功率因数，使其接近1。

功率因数校正方法
功率因数校正是一种用于改善电力系统中功率因数的方法。

功率因数是指交流电路中有用功与视在功之比，表示电路的有效功率与总功率之间的关系。

在电力系统中，功率因数通常是根据负载的性质来确定的。

负载可以是感性的（如电动机、变压器等）或容性的（如电容器等）。

感性负载倾向于产生滞后于电流的相位，导致功率因数低于1。

而容性负载则会导致电流超前于电压的相位，功率因数高于1。

功率因数越低，系统的效率越低，会导致能源的浪费和电力系统的负荷不平衡。

因此，需要采取一些措施来校正功率因数。

其中一种常用的方法是安装功率因数校正装置。

这些装置通常由电容器组成，可以通过改变电路的视在功率来校正功率因数。

当负载为感性负载时，功率因数校正装置可以增加电路的容性负载，使得功率因数接近1。

同样，当负载为容性负载时，功率因数校正装置可以增加电路的感性负载，达到同样的效果。

另一种常见的方法是采取能源管理措施。

通过对负载的合理安排和管理，可以确保不同类型的负载在系统中的均衡分布，从而提高整个系统的功率因数。

这可以包括定期对负载进行检查和调整，确保它们在操作范围内正常工作。

此外，还可以采取节能措施，如使用高效率设备和技术，减少无效功率损耗。

功率因数校正对于电力系统的稳定运行和效率至关重要。

通过采取适当的措施，
可以降低能源浪费，减少电力系统的故障率，并提高整个系统的可靠性和可持续性。

功率因数（PF）与总谐波失真（THD）的关系在电力系统和电力电子设备中，功率因数（Power Factor，简称PF）和总谐波失真（Total Harmonic Distortion，简称THD）是两个重要的参数。

它们分别反映了电路的有功功率利用效率和电流波形的质量。

本文将详细探讨功率因数与总谐波失真之间的关系。

一、功率因数的定义与意义功率因数，简称PF，是指交流电路中有功功率与视在功率之比。

视在功率是电压与电流有效值的乘积，而有功功率则是实际做功的部分。

功率因数越高，说明电路的有功功率利用效率越高，电力系统的运行越经济。

功率因数受多种因素影响，其中最主要的因素是负载的性质和电路中谐波的含量。

负载的性质决定了电流与电压之间的相位差，而谐波则会导致电流波形发生畸变，从而影响功率因数的大小。

二、总谐波失真的定义与意义总谐波失真，简称THD，是指电流或电压波形中谐波分量与基波分量之比的总和。

在理想的正弦波中，THD为零。

然而，在实际电路中，由于非线性负载、电力电子设备等因素的存在，电流波形往往会发生畸变，产生谐波分量。

THD的大小反映了电流波形的畸变程度，THD 越大，说明电流波形质量越差。

THD对电力系统的影响是多方面的。

首先，谐波会导致电气设备的附加损耗，降低设备的使用寿命。

其次，谐波还可能引起电力系统的谐振现象，导致电压波动和闪变。

此外，谐波还会干扰通信设备和精密仪器的正常运行。

三、功率因数与总谐波失真的关系功率因数与总谐波失真之间存在密切的联系。

一方面，谐波的存在会导致电流波形发生畸变，从而降低功率因数。

这是因为谐波分量与基波分量在相位上存在差异，使得有功功率减小，无功功率增加，进而导致功率因数下降。

另一方面，功率因数的降低也会反过来影响THD的大小。

当功率因数较低时，说明电路中存在较大的无功功率。

为了提高功率因数，通常需要采取补偿措施，如安装电容器等。

然而，这些补偿措施可能会引入新的谐波源，从而增加THD的大小。

电气部件的选型标准在选择电气部件时，需要考虑多个方面以确保其适用性和安全性。

以下是根据额定电压、额定电流、功率因数、负载性质、工作环境、安装方式、认证要求、成本效益和维护需求等方面制定的选型标准。

1.额定电压：在选择电气部件时，额定电压是首要考虑的参数。

应确保所选部件的额定电压能够满足实际电路的需求。

一般情况下，应选择比实际电路额定电压更高的部件以确保安全。

2.额定电流：额定电流是衡量电气部件承载能力的重要参数。

在选择部件时，应考虑实际电路中的电流需求，并选择具有足够额定电流的部件，以确保部件不会过载。

3.功率因数：功率因数反映了电气部件的能耗。

高功率因数的部件可以减少能源浪费和发热，因此应选择具有较高功率因数的部件。

4.负载性质：负载性质是指电气部件所连接的负载类型。

不同的负载类型对部件的要求也不同，例如电动机、灯具、加热器等。

因此，在选择部件时，应考虑所连接的负载性质并选择适合的部件。

5.工作环境：工作环境对电气部件的性能和使用寿命有影响。

例如，在高温环境中应选择高温等级的部件；在潮湿环境中应选择具有防水功能的部件。

6.安装方式：安装方式对电气部件的安全性和性能有影响。

不同的安装方式需要不同的部件设计和配置，例如固定、旋转、插拔等。

应考虑实际安装环境和要求来选择合适的安装方式。

7.认证要求：某些应用领域可能需要对电气部件进行认证，以确保其符合相关标准和规定。

应考虑实际应用领域的要求，选择已通过相关认证的电气部件。

8.成本效益：在满足性能和安全要求的前提下，应考虑成本效益。

选择价格合理、性价比高的电气部件可以降低整个系统的成本，提高经济效益。

9.维护需求：在选择电气部件时，应考虑维护需求。

应选择易于维护和更换的部件，以便在需要时进行方便快捷的维修和更换，降低维护成本。

综上所述，在选择电气部件时，需要根据实际情况综合考虑额定电压、额定电流、功率因数、负载性质、工作环境、安装方式、认证要求、成本效益和维护需求等方面，以确保所选部件能够满足应用需求并保证安全性和可靠性。

功率因数在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S功率因数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1，一般具有电感或电容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。

功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。

功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

(1) 最基本分析：拿设备作举例。

例如：设备功率为100个单位，也就是说，有100个单位的功率输送到设备中。

然而，因大部分电器系统存在固有的无功损耗，只能使用70个单位的功率。

很不幸，虽然仅仅使用70个单位，却要付100个单位的费用。

在这个例子中，功率因数是0.7 (如果大部分设备的功率因数小于0.9时，将被罚款)，这种无功损耗主要存在于电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等)，又叫感性负载。

功率因数是马达效能的计量标准。

(2) 基本分析：每种电机系统均消耗两大功率，分别是真正的有用功(叫千瓦)及电抗性的无用功。

功率因数是有用功与总功率间的比率。

功率因数越高，有用功与总功率间的比率便越高，系统运行则更有效率。

(3) 高级分析：在感性负载电路中，电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。

两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。

功率因数越低，两个波形峰值则分隔越大。

保尔金能使两个峰值重新接近在一起，从而提高系统运行效率。

电容补偿的应用随着国家经济的发展和人民生活水平的提高，大量的居住楼盘、高档商场、宾馆、办公楼等民用建筑在城市中拔地而起，使城市用电量快速增长。

但是，在这些民用建筑场所内使用的多为单相电感性负荷，因其自身功率因数较低，在电网中滞后无功功率的比重较大。

为保证降低电网中的无功功率，提高功率因数，保证有功功率的充分利用，提高系统的供电效率和电压质量，减少线路损耗，降低配电线路的成本，节约电能，通常在低压供配电系统中装设电容器无功补偿装置。

功率因数概念功率因数（Power Factor）是电力系统中一个非常重要的概念。

它是用来衡量交流电路中的有用功率与总功率之间的比例关系的。

在电气工程中，功率因数对于电力系统的稳定性、效率和功率质量都有着非常重要的影响。

本文将从功率因数的定义、计算方法、影响因素、改善方法以及在电力系统中的应用等方面对功率因数进行深入探讨。

一、定义功率因数可以用来描述交流电路中的有用功率和视在功率之间的关系。

在交流电路中，有用功率是指能够做真正功耗的功率，而视在功率是指在交流电路中同时考虑了有用功率和无用功率（即无功功率）的综合功率。

功率因数可以用如下公式来表示：功率因数=有用功率/视在功率其中，有用功率的单位是瓦特（W），视在功率的单位也是瓦特（VA）。

功率因数是一个无量纲的数值，它的取值范围是0到1。

当功率因数等于1时，表示有用功率和视在功率完全匹配，此时电路的功率因数是理想的；而当功率因数小于1时，表示有用功率和视在功率之间存在一定的差异，此时电路的功率因数是不理想的。

二、功率因数的计算方法在实际的工程应用中，计算功率因数的方法有多种。

下面介绍几种常用的计算方法：1.余弦法：这是最常见的一种计算方法，它利用三角函数余弦的定义来计算功率因数。

具体计算公式如下：功率因数=有用功率/ (电压*电流)其中，有用功率的单位是瓦特（W），电压的单位是伏特（V），电流的单位是安培（A）。

2.直角坐标法：这是另一种常见的计算方法，它利用了复数的运算来表示功率因数。

具体计算公式如下：功率因数=有用功率/ (电压*电流)其中，有用功率的单位是瓦特（W），电压的单位是伏特（V），电流的单位是安培（A）。

3.矢量法：这是一种直观、准确的计算方法，它利用了矢量的几何性质来表示功率因数。

具体计算公式如下：功率因数=有用功率/ (电压*电流)其中，有用功率的单位是瓦特（W），电压的单位是伏特（V），电流的单位是安培（A）。

通过以上的计算方法，可以得到电路的功率因数的具体数值。

功率因数科技名词定义中文名称：功率因数英文名称：power factor定义：有功功率与视在功率之比。

所属学科：电力（一级学科）；通论（二级学科）功率因数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1，一般具有电感或电容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。

功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。

功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

要求(1) 最基本分析拿设备作举例。

例如：设备功率为100个单位，也就是说，有100个单位的功率输送到设备中。

然而，因大部分电器系统存在固有的无功损耗，只能使用70个单位的功率。

很不幸，虽然仅仅使用70个单位，却要付100个单位的费用。

(使用了70个单位的有功功率，你付的就是70个单位的消耗)在这个例子中，功率因数是0.7 (如果大部分设备的功率因数小于0.9时，将被罚款)，这种无功损耗主要存在于电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等)，又叫感性负载。

功率因数是马达效能的计量标准。

(2) 基本分析每种电机系统均消耗两大功率，分别是真正的有用功(叫千瓦)及电抗性的无用功。

功率因数是有用功与总功率间的比率。

功率因数越高，有用功与总功率间的比率便越高，系统运行则更有效率。

(3) 高级分析在感性负载电路中，电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。

两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。

功率因数越低，两个波形峰值则分隔越大。

[编辑本段]对于功率因数改善电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。

因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。

关于“功率因数”和“自然功率因数”一“功率因数”1 功率因素低对电网的危害功率因数是指电力网中线路的视在功率供给有功功率的消耗所占百分数。

1.1 功率因数低增加发电机损耗电网中工业负载较高，绝大多数工业负载是电动机，电动机的静子是线圈，用电时电流与电压是不同波形的。

电流总是落后于电压的变化曲线。

如电流的正弦波曲线落后电压约30度。

根据有功功率公式P = UI Cosφ，传输相同数值有功功率，如果Cosφ太小，电流必然大，在传输线路上功率损耗P = I2 R必然大。

还有因为电流落后于电压，在发电或传输线路上对它要进行修正和补偿，使电压与电流的正弦波曲线变体同步，需提高发电机励磁电流(导致励磁功率上升)，同时会提升发电机工作电压，因此传送的无功功率高即功率因数Cosφ小会使传输电压上升。

电机工作电压高会导致发电机损耗加大，同时也会使发电机绝缘线圈温度上升，寿命缩短，提高功率因素Cosφ减轻发电机绝缘压力。

1.2 功率因素影响电网系统电压电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。

无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的。

在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。

电力系统的设备负荷自然功率因素约为0.6-0.9。

无功功率电源应包括发电机、变电站的无功补偿装置及用户的无功补偿装置。

当系统无功缺额时，根据系统无功功率负荷的静态电压特性曲线（如图一），在正常情况下，系统无功功率电源所提供的无功功率Qgcn，由无功功率平衡的条件Qgcn-Qld-Ql=0（即系统所提供的无功功率等于系统设备所需的无功功率与系统损耗的无功功率之和）决定的电压为Un，设此电压对应于系统正常的电压水平。

但假如系统无功功率电源提供的无功功率仅为Qgc(Qgc<Qgcn)，此时虽然系统中的无功功率也能平衡，但平衡条件所决定的电压水平为U，而U显然低于Un。

专题额定功率设备功率负载功率功率因素一、额定功率额定功率是指用电器正常工作时的功率。

它的值为用电器的额定电压乘以额定电流。

若用电器的实际功率大于额定功率，则用电器可能会损坏；若实际功率小于额定功率(P实小于P额)，则用电器无法正常运行。

在正常运行工作状况下，动力设备的输出功率或消耗能量的设备的输入功率。

常以“千瓦”为单位。

也指工厂生产的机器在正常工作时所能达到的功率。

即平常所说的某机器的功率，机器的额定功率是一定的，P=Fv，所以机器产生的力和运转速度成反比。

例如，汽车行驶在平坦的柏油路面时，需要的牵引力F较小，时速就可以大些；在路不平坦或上山时，需要的牵引力大，就必须改用低速行驶.机器的额定功率是一定的。

二、设备功率电气设备的额定功率既是电气设备上每个耗电器的额定功率之和，设备功率即设备运行时的实际功率，因为当电气设备负载情况不同时，实际功率会有变化，而额定功率是固定的。

三、负载持续率负载持续率，又名暂载率，是指设备能够在额定电压，额定电流或额定功率的情况下负荷工作时间的比率。

国标规定手工焊额定负载持续率为60%，自动或半自动为60%和100% 。

如：500KR2焊机在额定负载持续率60%时的额定电流是500A，在实际负载持续率100%（自动焊）时，其最大焊接电流≤387A。

例如某一焊机的额定负载持续率为300A 时 100%，意味着该焊机当焊接电流不超过300A 时，可连续焊接。

当某一焊机的额定负载持续率为300A 时 60%，意味着该焊机当焊接电流为300A 时，每10分钟只可连续焊接6分钟，休息4分钟。

对同一焊机来说，在额定工作电压下，使用的电流越大，负载持续率越低。

电焊机标志牌上:负载持续率10%35%60%。

最后的60%意思当电焊机电流开到最大时开100分钟要歇40分钟。

这是电焊机数据，它说的是焊接持续率，不能长时间不停的焊，不然就烧了。

四、功率因素功率因数（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。