功率因数

在交流电路中,功率因数是做功的 有功功率 和提供给电路的视在功率之比。

功率因数的取值范围为0到1。

当所有功率都是无功功率而没有有功功率(通常是感性负载)时,功率因数为0。

当所有功率都是有功功率而没有无功功率(纯电阻负载)时,功率因数为1。

功率因数定义

功率因数等于以瓦特(W)为单位的有功功率P除以以伏安(VA)为单位的视在功率|S|:

PF = P(W) / |S(VA)|

PF 是功率因数。

P   - 以瓦特(W)为单位的有功功率。

|S|   - 视在功率 - 以伏安(VA)为单位的复合功率的幅值。

功率因数计算

对于正弦电流,功率因数PF等于视在功率相角φ (即阻抗相角)的余弦的绝对值:

PF = |cos φ|

PF 是功率因数。

φ   是视在功率相角。

 

以瓦特(W)为单位的有功功率P等于以伏安(VA)为单位的视在功率|S|乘以功率因数PF:

P(W) = |S(VA)| × PF = |S(VA)| × |cos φ|

 

当电路具有电阻性阻抗负载时,有功功率P等于视在功率|S|,且功率因数PF等于1:

PF(resistive load) = P / |S| = 1

 

以伏安无功(VAr)为单位的无功功率Q等于以伏安(VA)为单位的视在功率|S|乘以相角φ的正弦值:

Q(VAR) = |S(VA)| × |sin φ|

单相电路从有功功率表(以千瓦(kW)为单位)、电压(伏特为单位)和电流(安培为单位)读数计算:

PF = |cos φ| = 1000 × P(kW) / (V(V) × I(A))

 

三相电路从有功功率表(以千瓦(kW)为单位)、线电压 VL-L(以伏特为单位)和电流(以安培为单位)读数计算:

PF = |cos φ| = 1000 × P(kW) / (3 × VL-L(V) × I(A))

 

三相电路从有功功率表(以千瓦(kW)为单位)、中性线电压 VL-N(以伏特为单位)和电流(以安培为单位)读数计算:

PF = |cos φ| = 1000 × P(kW) / (3 × VL-N(V) × I(A))

功率因数校正

功率因数校正是对电路的调整,以使功率因数接近1。

接近1的功率因数将减少电路中的无功功率,使电路中的大部分功率成为有功功率。这也将减少电力线的损耗。

功率因数校正通常通过在负载电路中添加电容器来完成,当电路中有感性元件时,如电动机。

功率因数校正计算

以伏安(VA)为单位的视在功率|S|等于电压V(以伏特为单位)乘以电流I(以安培为单位):

|S(VA)| = V(V) × I(A)

以伏安无功(VAr)为单位的无功功率Q等于以伏安(VA)为单位的视在功率|S|的平方减去以瓦特(W)为单位的有功功率P的平方的平方根(毕达哥拉斯定理):

Q(VAR) = √(|S(VA)|2 - P(W)2)


Qc (kVAR) = Q(kVAR) - Qcorrected (kVAR)

以伏安无功(VAr)为单位的无功功率Q等于电压V(以伏特为单位)平方除以电抗Xc:

Qc (VAR) = V(V)2 / Xc = V(V)2 / (1 / (2πf(Hz)×C(F))) = 2πf(Hz)×C(F)×V(V)2

因此,应该添加到电路中的并联电容器(以法拉(F)为单位)等于以伏安无功(VAr)为单位的无功功率Q除以2π乘以赫兹(Hz)频率乘以电压(V(伏特))的平方:

C(F) = Qc (VAR) / (2πf(Hz)·V(V)2)

 

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