功率因數(shù)，是用來(lái)衡量用電設(shè)備（包括：廣義的用電設(shè)備，如：電網(wǎng)的變壓器、傳輸線(xiàn)路，等等）的用電效率的數(shù)據(jù)。

　　功率因數(shù)的定義公式：功率因數(shù)＝有功功率/視在功率。

　　有功功率，是設(shè)備消耗了的，轉(zhuǎn)換為其他能量的功率。

　　無(wú)功功率，是維持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，但是并不消耗的能量。他存在于電網(wǎng)與設(shè)備之間，是電網(wǎng)和設(shè)備不可缺少的能量部分。但是無(wú)功功率如果被設(shè)備占用過(guò)多，就造成電網(wǎng)效率低下，同時(shí)，大量無(wú)功功率在電網(wǎng)中來(lái)回傳送，使得線(xiàn)損高企浪費(fèi)嚴(yán)重。

　　為了減少電網(wǎng)的無(wú)功傳送，就要求用戶(hù)在用電端，給設(shè)備提供無(wú)功功率，這種提供無(wú)功功率的行為，就是無(wú)功補(bǔ)償。提供無(wú)功功率的補(bǔ)償設(shè)備，稱(chēng)之為：無(wú)功補(bǔ)償裝置。比如深圳奧特電器公司的ATBX就地補(bǔ)償箱，就是非常有效的就地補(bǔ)償裝置。

　　其他：必須了解的：

　　視在功率，就使我們常說(shuō)的功率容量。計(jì)算：視在功率的平方＝有功功率的平方+無(wú)功功率的平方。

　　視在功率、有功功率、無(wú)功功率三者呈直角三角形關(guān)系。

　　注意：在沒(méi)有諧波的情況下，可以推導(dǎo)出：功率因數(shù)＝COSa （電壓電流角差的余弦）。但是有諧波的時(shí)候，上述表達(dá)式式不成立。這時(shí)很多人，包括很多專(zhuān)家都沒(méi)有意識(shí)到的一個(gè)情況。

　　實(shí)際案例

　　電子系統(tǒng)的功率因數(shù)

　　在電子系統(tǒng)里有很多電子器件，而幾乎所有有源電子器件都是要求直流供電的，而在一般的市區(qū)或工廠(chǎng)都是采用交流電作為電源。所以幾乎所有的電子系統(tǒng)里都需要有一個(gè)整流器來(lái)把交流整成直流，通常在后面還要加一個(gè)電解電容來(lái)濾波（圖2.）。

　　圖2. 整流器和電解電容

　　這種電路因?yàn)榘?a target="_blank">整流二極管，所以實(shí)際上是一種非線(xiàn)性電路，這可以從它的電源和電流的波形看出，這時(shí)候的電壓和電流波形如圖3所示。

　　圖3. 整流器的電壓和電流的波形

　　顯然，盡管電壓還是正弦波，但是電流卻變成了脈沖波。 對(duì)于這種非線(xiàn)性系統(tǒng)，本來(lái)就很難來(lái)定義它的功率因數(shù)，因?yàn)楣β室驍?shù)本來(lái)是從線(xiàn)性系統(tǒng)里得來(lái)的。還好大多數(shù)電子系統(tǒng)都是家用小型電器，它對(duì)于大的電力系統(tǒng)影響不大。所以當(dāng)時(shí)國(guó)家規(guī)定75瓦以下的電子系統(tǒng)不要求功率因數(shù)。這也是很合理的。甚至于到現(xiàn)在為止，美國(guó)的能源之星對(duì)于一般的照明系統(tǒng)還規(guī)定了100W以下不要求功率因數(shù)。

　　在熒光燈出現(xiàn)的時(shí)候，從來(lái)沒(méi)有提出過(guò)什么功率因數(shù)的要求，所以采用電感鎮(zhèn)流的普通日光燈的功率因數(shù)在0.5左右，過(guò)去也沒(méi)有任何規(guī)定來(lái)限制。

　　然而到了節(jié)能燈國(guó)家就規(guī)定了15W以下不要求功率因數(shù)，但是因?yàn)榇蠖鄶?shù)節(jié)能燈都是在15W以下，所以這個(gè)規(guī)定對(duì)于節(jié)能燈的大規(guī)模推廣沒(méi)有什么影響。到了LED卻規(guī)定了5W以下才不要求功率因數(shù)。似乎對(duì)于節(jié)能效果越好的燈具，對(duì)PF的要求就越苛刻！這實(shí)在是很難理解的！

　　因?yàn)楝F(xiàn)在對(duì)小功率的LED的功率因數(shù)有規(guī)定了，那么對(duì)這種非線(xiàn)性系統(tǒng)的功率因數(shù)總應(yīng)該有個(gè)定義。要不然怎么來(lái)測(cè)試？然而，要對(duì)非線(xiàn)性系統(tǒng)的功率因數(shù)做個(gè)定義實(shí)在是太難了。為此，很多人提出了各種建議：

　　1. 利用電流的基波和電壓之間的相位差的余弦作為功率因數(shù)。可是因?yàn)殡娏鞯幕ㄊ菑母凳献儞Q得來(lái)的，傅氏變換只能等到它的幅度，而不能得到它的相位，相位是相對(duì)的，必須有一個(gè)對(duì)照才能夠得到相位。而在做傅氏變換時(shí)并沒(méi)有把電壓的相位作為基準(zhǔn)，所以得到的結(jié)果也沒(méi)有相位。所以這種建議是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

　　2. 把電流的過(guò)零點(diǎn)作為電流的起始相位，把這個(gè)相位和電壓的相位差的余弦作為功率因數(shù)。但是因?yàn)殡娏鞯牟ㄐ尾⒉皇钦也ǎ敲}沖波。所以把一個(gè)脈沖波的過(guò)零點(diǎn)作為其起始相位也是沒(méi)有道理的。

　　3. 最后終于有人想出一個(gè)很勉強(qiáng)的定義，就是把功率因數(shù)定義為有功功率和無(wú)功功率之比。

　　PF = 有功功率/無(wú)功功率

　　雖然在正弦波的線(xiàn)性系統(tǒng)里，如果用這個(gè)定義，至少在絕對(duì)值上是和Cosφ的絕對(duì)值是一樣的。有功功率就是把電流投影到電壓軸上再乘以電壓值。而無(wú)功功率就是直接把電流矢量和電壓矢量相乘而不考慮其相位差。顯然，在線(xiàn)性系統(tǒng)里其絕對(duì)值是和Cosφ的絕對(duì)值是一致的，但是這種比值卻是沒(méi)有正負(fù)號(hào)的。

　　而且，如何在一個(gè)非線(xiàn)性系統(tǒng)里定義有功功率和無(wú)功功率也是一個(gè)很大的問(wèn)題。

　　現(xiàn)在大多數(shù)是采用如下的公式：

　　稱(chēng)為相位因素

　　至于什么是相位因素就無(wú)人回答了。因?yàn)檫@個(gè)相位是無(wú)法得出的。

　　而且如果在非線(xiàn)性系統(tǒng)里用這個(gè)定義也就丟掉了功率因數(shù)Cosφ的正負(fù)號(hào)，因?yàn)楣β适菦](méi)有負(fù)功率的。由于所有的數(shù)字式功率因數(shù)計(jì)都采用了這個(gè)定義，結(jié)果也就丟掉了正負(fù)號(hào)。沒(méi)有正負(fù)號(hào)的功率因數(shù)也失去了制定功率因素的根本意義！

　　實(shí)測(cè)的功率因數(shù)

　　我們現(xiàn)在就來(lái)看一下真實(shí)世界里的功率因數(shù)情況。正因?yàn)槠渲械囊曉诠β适呛茈y定義的，也是很難測(cè)定的，所以就出現(xiàn)了采用不同的儀器測(cè)出的結(jié)果不一樣。舉例來(lái)說(shuō)，有一個(gè)11瓦的球泡燈，其中采用了橋式整流器加上10uF電解電容，采用三種儀器測(cè)量，測(cè)出的結(jié)果如下：

　　三種儀器測(cè)試誤差高達(dá)8%以上，完全不像測(cè)電壓測(cè)電流測(cè)功率那么精準(zhǔn)！

　　這么大的誤差，假如要求PF一定要大于0.5，那么只要采用同惠的功率因數(shù)計(jì)，但是假如檢測(cè)方一定要堅(jiān)持采用遠(yuǎn)方的測(cè)試數(shù)據(jù)那就不合格了。這樣的結(jié)果簡(jiǎn)直是使人們無(wú)所適從

　　想來(lái)想去應(yīng)該采用電工系統(tǒng)里經(jīng)官方認(rèn)證的最經(jīng)典的Cosφ計(jì)來(lái)測(cè)，其結(jié)果才最具有權(quán)威性。而且Cosφ測(cè)試儀不像數(shù)字測(cè)試儀，還能夠得出正負(fù)號(hào)的。

　　指針式功率因數(shù)計(jì)

　　仔細(xì)搜索一下可以發(fā)現(xiàn)正式電力系統(tǒng)采用的功率因數(shù)計(jì)大多數(shù)是指針式的，這種功率因數(shù)計(jì)也稱(chēng)為Cosφ計(jì)。有單相的，也有三相的。這種電動(dòng)式的動(dòng)圈式功率因數(shù)表的轉(zhuǎn)動(dòng)線(xiàn)圈改為二個(gè)垂直的動(dòng)圈。電表的磁場(chǎng)由負(fù)載電路中的電流產(chǎn)生。垂直的動(dòng)圈分別為A和B，A線(xiàn)圈串接電阻后與負(fù)載線(xiàn)路并聯(lián)，B線(xiàn)圈串接電感后與負(fù)載線(xiàn)路并聯(lián)，因此B線(xiàn)圈的電流會(huì)較A線(xiàn)圈落后。在功率因數(shù)為1時(shí)，A線(xiàn)圈的電流會(huì)和負(fù)載電流同相，因此A線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生最大的力矩，使功率因數(shù)表的指針指向1.0的刻度。若功率因數(shù)為0時(shí)，B線(xiàn)圈的電流會(huì)和負(fù)載電流同相，因此B線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生力矩，使功率因數(shù)表的指針指向0的位置。若功率因數(shù)界于0和1之間，會(huì)依二個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生力矩的大小決定最后指針的位置。其外形如下。

　　指針式功率因數(shù)計(jì) 測(cè)試時(shí)的連接圖

　　我們對(duì)一個(gè)102W的LED光引擎采用了數(shù)字式和指針式兩種功率因數(shù)計(jì)，其測(cè)試結(jié)果如下：

　　光引擎的整流器（采用124uF電解電容） 帶恒流源的102W光引擎

　　采用數(shù)字式功率和功率因數(shù)計(jì)所得結(jié)果和采用指針式功率因數(shù)計(jì)測(cè)得結(jié)果完全不同。

　　數(shù)字式測(cè)得PF = 0.6590 指針式測(cè)得PF = +0.9

　　這個(gè)結(jié)果是非常令人驚喜的，因?yàn)椴恍枰尤魏喂β室驍?shù)補(bǔ)償就可以得到+0.9 的功率因數(shù)！而且這是最權(quán)威的結(jié)果，也是應(yīng)該得到官方的承認(rèn)的。

　　功率因數(shù)的重要性和提高功率因數(shù)的方法

　　功率因數(shù)是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個(gè)具有代表性的重要指標(biāo)之一，通常使用cosφ表示，我們可以用以下幾項(xiàng)來(lái)介紹功率因數(shù)的重要性，及提高功率因數(shù)的方法。

　　1 有功功率和無(wú)功功率

　　企業(yè)的用電設(shè)備大部分都用電磁感應(yīng)原理來(lái)工作的，比如：變壓器、電焊機(jī)、電磁感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)等等，它們都是靠電能轉(zhuǎn)化成電磁能再轉(zhuǎn)化為電能或機(jī)械能來(lái)實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)換，這樣，用電設(shè)備就必須從電網(wǎng)上吸收兩種能量，一部分能量用于做功，即前邊提到得機(jī)械能或熱能，這部分能量大部分是為了滿(mǎn)足生產(chǎn)和生活的需要，稱(chēng)為有功功率。另一部分能量用來(lái)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，它是變壓器、電焊機(jī)或電感線(xiàn)圈形成能量轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)慕橘|(zhì)，沒(méi)有了磁場(chǎng)，就沒(méi)有了傳輸能量的介質(zhì)，從而使能量只能在電源或用電設(shè)備內(nèi)部消耗，而不能對(duì)外傳輸，不能對(duì)外做功，這部分功率叫做無(wú)功功率。無(wú)功，顧名思義就是無(wú)用功，其實(shí)它并不是沒(méi)有用，沒(méi)有它，任何能量都只能自己消耗，不能傳輸，然而它確實(shí)在能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中沒(méi)有轉(zhuǎn)換成其它能量，所以叫作無(wú)功功率。有功功率和無(wú)功功率都是電能運(yùn)用所必須的，若有功功率不足，就不能滿(mǎn)足用電負(fù)荷的需要，會(huì)將電網(wǎng)電壓拉低，系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變慢，發(fā)電頻率降低，影響用電質(zhì)量，威脅發(fā)電廠(chǎng)和各用電設(shè)備的安全。若無(wú)功功率不足，系統(tǒng)電壓也會(huì)降低，電流將會(huì)升高，電機(jī)過(guò)流過(guò)熱，會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備絕緣破壞，甚至燒毀。

　　2 功率因數(shù)

　　功率因數(shù)是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個(gè)具有代表性的重要指標(biāo)之一，通常使用cosφ表示。一個(gè)供電設(shè)備的供電容量通常是用視在功率表示，字面意思就是我們所能看到的功率，即表見(jiàn)功率，但不是真實(shí)功率，它的真實(shí)功率是由視在功率和功率因數(shù)的乘積決定的。所以說(shuō)功率因數(shù)是一個(gè)非常重要的供電指標(biāo)，而視在功率是由有功功率的平方與無(wú)功功率的平方和，開(kāi)跟號(hào)得到的。視在功率確定后，有功功率分量高就稱(chēng)為功率因數(shù)高，有功功率分量低就稱(chēng)為功率因數(shù)低，有功功率和無(wú)功功率都是靠發(fā)電機(jī)發(fā)出的，然而用電設(shè)備所需要的功率會(huì)因設(shè)備的感性和容性不同而不同，當(dāng)用電設(shè)備是感性時(shí)，用電設(shè)備的電壓會(huì)超前電流90°;當(dāng)用電設(shè)備是容性時(shí)，電流超前電壓90°，兩個(gè)分量將在一條直線(xiàn)上，但方向相反，用電設(shè)備中感性的居多，所以這就需要一個(gè)容性的負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償了。

　　3 有功功率和無(wú)功功率的三角關(guān)系

　　上述講的有功功率和無(wú)功功率可以用直角三角形的關(guān)系來(lái)描述：三角形的兩條直角邊，一個(gè)表示有功功率，一個(gè)表示無(wú)功功率，它們的斜邊就是視在功率，有功功率和視在功率之間的夾角就是功率因數(shù)角，功率因數(shù)角的余弦值就是功率因數(shù)。無(wú)功功率越少，功率因數(shù)角就越小，它的余弦值就越大，有功功率和視在功率就越接近，也就是說(shuō)，能量的轉(zhuǎn)換效率也就越高。這就提出了一個(gè)問(wèn)題，怎樣減少發(fā)電機(jī)的無(wú)功輸出？或者說(shuō)怎樣減少感性負(fù)何的無(wú)功吸收？

　　4 提高功率因數(shù)的意義

　　由上述3可以看出，要使發(fā)電廠(chǎng)和供電所更有效利用資源進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換和傳輸，就必須合理的進(jìn)行有功功率和無(wú)功功率的分配，在無(wú)功功率配置合理的情況下，盡量的多發(fā)有功，減少無(wú)功功率的輸出。那就要提高用電設(shè)備的功率因數(shù)。當(dāng)供電系統(tǒng)中輸送的有功功率維持恒定的情況下，無(wú)功功率增大即功率因數(shù)的降低，就會(huì)引起：

　　①系統(tǒng)中輸送的總電流增大，使電氣元件，如變壓器、電抗器、導(dǎo)線(xiàn)等容量增大，從而擴(kuò)大了企業(yè)投資;

　　②由于無(wú)功功率增大，造成輸電電流增大，從而也會(huì)增大供電設(shè)備的有功損耗;

　　③因?yàn)橄到y(tǒng)中的總電流增大，所以電壓損失增大，造成調(diào)壓困難;

　　④對(duì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子溫度升高，發(fā)電機(jī)達(dá)不到預(yù)期出力;

　　⑤由于系統(tǒng)電流增大，系統(tǒng)電壓降低，會(huì)造成其他設(shè)備不能正常出力。所以，我們必須提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。

　　5 提高功率因數(shù)和無(wú)功補(bǔ)償

　　企業(yè)的感性負(fù)荷大部分是異步電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行時(shí)要消耗一定的無(wú)功功率，使得電動(dòng)機(jī)和輸電線(xiàn)路的電流增大，如果給電動(dòng)機(jī)增加就地補(bǔ)償電容，不但可以使線(xiàn)路及配電裝置的輸送電流減小，而且還可以減少有功損耗，減少初期的投資容量。下面給出異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算公式，以供大家參考：

　　設(shè)補(bǔ)償前電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率為Q1，補(bǔ)償電容器后的無(wú)功功率為Q2，則補(bǔ)償電容器的無(wú)功功率為：

　　Qc=Q1-Q2=P1（tanφ1-tanφ2）=

　　式中：P1、P2為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)輸入/輸出的有功功率，η為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的效率，φ1、φ2為電容器補(bǔ)償前后的功率因數(shù)角。

　　補(bǔ)償前的功率因數(shù)：cosφ1=（cosφe）1/k，式中：cosφe為電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的功率因數(shù)，可從產(chǎn)品目錄中查得，k為電機(jī)定子電流負(fù)載率，k=I1/Ie，其中I1為電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)測(cè)定子電流（A），Ie為電機(jī)的額定電流（A）。

　　補(bǔ)償后的功率因數(shù)一般是0.95左右，如果再高，投入的成本太大，不經(jīng)濟(jì)，確定了所需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率Qc之后，那么補(bǔ)償電容量C=式中：f為電源頻率（Hz），Ue為電機(jī)額定電壓（V），Qc為電容補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率（Var）。

　　注意：個(gè)別補(bǔ)償?shù)碾娙萑萘繎?yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率、負(fù)載率及電網(wǎng)情況適當(dāng)考慮，避免過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償狀態(tài)的出現(xiàn)。

　　6 補(bǔ)償方式

　　工業(yè)企業(yè)中常用的電容器補(bǔ)償方式大概有三種：集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和單個(gè)補(bǔ)償。企業(yè)電力系統(tǒng)的補(bǔ)償方式的選擇，要視企業(yè)的具體情況而定。比如：從無(wú)功就地平衡來(lái)說(shuō)，單個(gè)補(bǔ)償?shù)男Ч詈茫▎蝹€(gè)補(bǔ)償應(yīng)用于大容量、長(zhǎng)期運(yùn)行、無(wú)功功率需要較大的設(shè)備，或者輸電線(xiàn)路較長(zhǎng)的設(shè)備，不便于實(shí)現(xiàn)分組補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合，這種方式可以減少配線(xiàn)電流，導(dǎo)線(xiàn)截面，配電設(shè)備的容量），不論采取什么樣的補(bǔ)償方式，補(bǔ)償電容必須選擇適當(dāng)，而這一切都是為了提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。

　　7結(jié)束語(yǔ)

　　根據(jù)功率因數(shù)進(jìn)行的無(wú)功補(bǔ)償可以有效的提高設(shè)備的利用效率，減小了企業(yè)的初期投資，對(duì)企業(yè)供用電的穩(wěn)定性有著深遠(yuǎn)的意義。