你的功率因數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確嗎？

摘要：功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備用電效率的一個(gè)重要參數(shù)，功率因數(shù)低說(shuō)明電路用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無(wú)功功率大，從而降低了電氣設(shè)備的電能利用效率，增加了線路的供電損耗，所以供電部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求，或者根據(jù)用電單位的功率因數(shù)分段征收用電費(fèi)用。

功率因數(shù)的定義是在交流電路中電壓與電流之間的相位差(φ)的余弦，用符號(hào)cos(φ)表示，其在數(shù)值上是有功功率(P)與視在功率(S)的比值，即PF = P / S。

也就是說(shuō)，在交流系統(tǒng)中，電壓與電流之間的相位差的余弦決定了功率因數(shù)，其數(shù)值在物理上的意義是有功功率在總功率中所占的比值。根據(jù)功率三角形關(guān)系，當(dāng)電壓與電流相位差為零時(shí)，有功功率等于視在功率，此時(shí)功率因數(shù)等于1。

在工程測(cè)量中采用PF = P / S的計(jì)算方式，在大部份功率因數(shù)測(cè)量過(guò)程中，功率因數(shù)的測(cè)量結(jié)果都是正確的，但是有的時(shí)候在一些場(chǎng)合測(cè)量結(jié)果卻比實(shí)際值偏小，這是為什么呢?下面舉兩個(gè)例子，介紹功率因數(shù)測(cè)量偏小的原因及其解決辦法。

假設(shè)被測(cè)電壓和電流為純正弦曲線，如圖1所示。被測(cè)電壓與電流之間的相位差為零，兩波形完全重合，根據(jù)功率因數(shù)的定義，此時(shí)功率因數(shù)的測(cè)量結(jié)果等于1。

圖1相位差為零的純正弦交流電

但是，當(dāng)對(duì)圖1所示的相位差為0的純正弦交流電中的電壓注入2~18次諧波后，波形如圖2所示。這里僅是對(duì)電壓的波形注入了多次諧波，并未改變電壓基波與電流之間的相位角，根據(jù)功率因數(shù)的定義，其測(cè)量結(jié)果所得功率因?yàn)閼?yīng)當(dāng)?shù)扔?，但實(shí)際上，對(duì)圖2波形進(jìn)行功率因數(shù)測(cè)量時(shí)其結(jié)果為0.9543，與真實(shí)測(cè)量結(jié)果相比是偏小的，在現(xiàn)實(shí)測(cè)量過(guò)程中，諧波的頻譜含量可能更為豐富，此時(shí)測(cè)量結(jié)果可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離真實(shí)值。

圖2電壓含諧波

測(cè)量結(jié)果偏小的原因在于視在功率S和無(wú)功功率Q 的計(jì)算方式不同。視在功率S=U*I，當(dāng)被測(cè)信號(hào)諧波含量豐富時(shí)，這些諧波測(cè)量值會(huì)包含在U或I的測(cè)量值內(nèi)，由此公式計(jì)算出來(lái)的視在功率S將偏大，因此導(dǎo)致功率因數(shù)計(jì)算結(jié)果偏小，在這種情況下視在功率的計(jì)算方式可以選擇S=sqrt(P2 +Q2)，此時(shí)，無(wú)功功率Q的計(jì)算也須采用諧波分析方式計(jì)算。

對(duì)于不具備諧波分析能力的功率測(cè)量?jī)x器來(lái)說(shuō)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)諧波含量豐富時(shí)，其對(duì)功率因數(shù)的測(cè)量無(wú)法避免地存在誤差，ZLG致遠(yuǎn)電子的PA功率分析儀可由用戶自由選擇計(jì)算方式，type1、type2和type3，保證測(cè)量結(jié)果的精確可靠。