功率因數(shù)(英語(yǔ):power factor,簡(jiǎn)稱pf),又稱功率因子,是交流電力系統(tǒng)中特有的物理量,是一負(fù)載所消耗的有功功率與其視在功率的比值,是0到1之間的無(wú)因次量。純電阻負(fù)載的視在功率等于有功功率,其功率因子為1。若負(fù)載是由電感、電容及電阻組成的負(fù)載,能量可能會(huì)在負(fù)載端及電源端往復(fù)流動(dòng),使得有功功率下降,這種情形對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)會(huì)小于1。功率因數(shù)在一定程度上反映了發(fā)電機(jī)容量得以利用的比例,是合理用電的重要指標(biāo)。功率因數(shù)的高低,對(duì)于電氣設(shè)備的利用率和分析、研究電能消耗等問(wèn)題都有十分重要的意義。電力系統(tǒng)中,若一負(fù)載的功率因子較低,負(fù)載要產(chǎn)生相同功率輸出時(shí)所需要的電流就會(huì)提高。當(dāng)電流提高時(shí),電路系統(tǒng)的能量損失就會(huì)增加,而且電線及相關(guān)電力設(shè)備的容量也隨之增加。電力公司為了反映較大容量設(shè)備及浪費(fèi)能量的成本,一般會(huì)對(duì)功率因子較低的工商業(yè)用戶以較高的電費(fèi)費(fèi)率來(lái)計(jì)算電費(fèi)。
定義及計(jì)算
交流電有三個(gè)成份:
有功功率(active power),以p來(lái)表示,其單位是瓦特(w)。
視在功率(apparent power),以s來(lái)表示,其單位是伏安(va)。
無(wú)功功率(reactive power),以q來(lái)表示,其單位是無(wú)功伏安(var)。
功率因數(shù)定義如下:
若是電流和電壓之間的相位角,則功率因數(shù)等于此角的余弦|cos|,且:
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(duì)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(duì)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(lái)說(shuō),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)橛秒娖骺偸窃谝欢妷簎和一定有功功率p的條件下工作,由公式
可知,功率因數(shù)過(guò)低,就要用較大的電流來(lái)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。另外,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。