功率因数(Power Factor)是衡量电气设备效率高低的一个系数。它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。功率因数低,说明无功功率大, 从而降低了设备的利用率,增加了线路供电损失。
关于功率因数的讨论网上也有不少文章,但很多人仍然对一些概念存有误解,这将为系统的设计带来诸多危害,有必要在此再加以澄清。
一、功率因数的由来和含义
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
功率因数的定义是:
(1)
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。