功率因數，是用來衡量用電設備（包括：廣義的用電設備，如：電網的變壓器、傳輸線路，等等）的用電效率的數據。

　　功率因數的定義公式：功率因數＝有功功率/視在功率。

　　有功功率，是設備消耗了的，轉換為其他能量的功率。

　　無功功率，是維持設備運轉，但是并不消耗的能量。他存在于電網與設備之間，是電網和設備不可缺少的能量部分。但是無功功率如果被設備占用過多，就造成電網效率低下，同時，大量無功功率在電網中來回傳送，使得線損高企浪費嚴重。

　　為了減少電網的無功傳送，就要求用戶在用電端，給設備提供無功功率，這種提供無功功率的行為，就是無功補償。提供無功功率的補償設備，稱之為：無功補償裝置。比如深圳奧特電器公司的ATBX就地補償箱，就是非常有效的就地補償裝置。

　　其他：必須了解的：

　　視在功率，就使我們常說的功率容量。計算：視在功率的平方＝有功功率的平方+無功功率的平方。

　　視在功率、有功功率、無功功率三者呈直角三角形關系。

　　注意：在沒有諧波的情況下，可以推導出：功率因數＝COSa （電壓電流角差的余弦）。但是有諧波的時候，上述表達式式不成立。這時很多人，包括很多專家都沒有意識到的一個情況。

　　實際案例

　　電子系統(tǒng)的功率因數

　　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)里都需要有一個整流器來把交流整成直流，通常在后面還要加一個電解電容來濾波（圖2.）。

　　圖2. 整流器和電解電容

　　這種電路因為包含有整流二極管，所以實際上是一種非線性電路，這可以從它的電源和電流的波形看出，這時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。 對于這種非線性系統(tǒng)，本來就很難來定義它的功率因數，因為功率因數本來是從線性系統(tǒng)里得來的。還好大多數電子系統(tǒng)都是家用小型電器，它對于大的電力系統(tǒng)影響不大。所以當時國家規(guī)定75瓦以下的電子系統(tǒng)不要求功率因數。這也是很合理的。甚至于到現在為止，美國的能源之星對于一般的照明系統(tǒng)還規(guī)定了100W以下不要求功率因數。

　　在熒光燈出現的時候，從來沒有提出過什么功率因數的要求，所以采用電感鎮(zhèn)流的普通日光燈的功率因數在0.5左右，過去也沒有任何規(guī)定來限制。

　　然而到了節(jié)能燈國家就規(guī)定了15W以下不要求功率因數，但是因為大多數節(jié)能燈都是在15W以下，所以這個規(guī)定對于節(jié)能燈的大規(guī)模推廣沒有什么影響。到了LED卻規(guī)定了5W以下才不要求功率因數。似乎對于節(jié)能效果越好的燈具，對PF的要求就越苛刻！這實在是很難理解的！

　　因為現在對小功率的LED的功率因數有規(guī)定了，那么對這種非線性系統(tǒng)的功率因數總應該有個定義。要不然怎么來測試？然而，要對非線性系統(tǒng)的功率因數做個定義實在是太難了。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。可是因為電流的基波是從傅氏變換得來的，傅氏變換只能等到它的幅度，而不能得到它的相位，相位是相對的，必須有一個對照才能夠得到相位。而在做傅氏變換時并沒有把電壓的相位作為基準，所以得到的結果也沒有相位。所以這種建議是無法實現的。

　　2. 把電流的過零點作為電流的起始相位，把這個相位和電壓的相位差的余弦作為功率因數。但是因為電流的波形并不是正弦波，而是脈沖波。所以把一個脈沖波的過零點作為其起始相位也是沒有道理的。

　　3. 最后終于有人想出一個很勉強的定義，就是把功率因數定義為有功功率和無功功率之比。

　　PF = 有功功率/無功功率

　　雖然在正弦波的線性系統(tǒng)里，如果用這個定義，至少在絕對值上是和Cosφ的絕對值是一樣的。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，在線性系統(tǒng)里其絕對值是和Cosφ的絕對值是一致的，但是這種比值卻是沒有正負號的。

　　而且，如何在一個非線性系統(tǒng)里定義有功功率和無功功率也是一個很大的問題。

　　現在大多數是采用如下的公式：

　　稱為相位因素

　　至于什么是相位因素就無人回答了。因為這個相位是無法得出的。

　　而且如果在非線性系統(tǒng)里用這個定義也就丟掉了功率因數Cosφ的正負號，因為功率是沒有負功率的。由于所有的數字式功率因數計都采用了這個定義，結果也就丟掉了正負號。沒有正負號的功率因數也失去了制定功率因素的根本意義！

　　實測的功率因數

　　我們現在就來看一下真實世界里的功率因數情況。正因為其中的視在功率是很難定義的，也是很難測定的，所以就出現了采用不同的儀器測出的結果不一樣。舉例來說，有一個11瓦的球泡燈，其中采用了橋式整流器加上10uF電解電容，采用三種儀器測量，測出的結果如下：

　　三種儀器測試誤差高達8%以上，完全不像測電壓測電流測功率那么精準！

　　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計，但是假如檢測方一定要堅持采用遠方的測試數據那就不合格了。這樣的結果簡直是使人們無所適從

　　想來想去應該采用電工系統(tǒng)里經官方認證的最經典的Cosφ計來測，其結果才最具有權威性。而且Cosφ測試儀不像數字測試儀，還能夠得出正負號的。

　　指針式功率因數計

　　仔細搜索一下可以發(fā)現正式電力系統(tǒng)采用的功率因數計大多數是指針式的，這種功率因數計也稱為Cosφ計。有單相的，也有三相的。這種電動式的動圈式功率因數表的轉動線圈改為二個垂直的動圈。電表的磁場由負載電路中的電流產生。垂直的動圈分別為A和B，A線圈串接電阻后與負載線路并聯，B線圈串接電感后與負載線路并聯，因此B線圈的電流會較A線圈落后。在功率因數為1時，A線圈的電流會和負載電流同相，因此A線圈會產生最大的力矩，使功率因數表的指針指向1.0的刻度。若功率因數為0時，B線圈的電流會和負載電流同相，因此B線圈會產生力矩，使功率因數表的指針指向0的位置。若功率因數界于0和1之間，會依二個線圈產生力矩的大小決定最后指針的位置。其外形如下。

　　指針式功率因數計 測試時的連接圖

　　我們對一個102W的LED光引擎采用了數字式和指針式兩種功率因數計，其測試結果如下：

　　光引擎的整流器（采用124uF電解電容） 帶恒流源的102W光引擎

　　采用數字式功率和功率因數計所得結果和采用指針式功率因數計測得結果完全不同。

　　數字式測得PF = 0.6590 指針式測得PF = +0.9

　　這個結果是非常令人驚喜的，因為不需要加任何功率因數補償就可以得到+0.9 的功率因數！而且這是最權威的結果，也是應該得到官方的承認的。

　　功率因數的重要性和提高功率因數的方法

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

　　1 有功功率和無功功率

　　企業(yè)的用電設備大部分都用電磁感應原理來工作的，比如：變壓器、電焊機、電磁感應式電動機等等，它們都是靠電能轉化成電磁能再轉化為電能或機械能來實現的能量轉換，這樣，用電設備就必須從電網上吸收兩種能量，一部分能量用于做功，即前邊提到得機械能或熱能，這部分能量大部分是為了滿足生產和生活的需要，稱為有功功率。另一部分能量用來產生交變磁場，它是變壓器、電焊機或電感線圈形成能量轉換和傳輸的介質，沒有了磁場，就沒有了傳輸能量的介質，從而使能量只能在電源或用電設備內部消耗，而不能對外傳輸，不能對外做功，這部分功率叫做無功功率。無功，顧名思義就是無用功，其實它并不是沒有用，沒有它，任何能量都只能自己消耗，不能傳輸，然而它確實在能量轉換的過程中沒有轉換成其它能量，所以叫作無功功率。有功功率和無功功率都是電能運用所必須的，若有功功率不足，就不能滿足用電負荷的需要，會將電網電壓拉低，系統(tǒng)發(fā)電機的轉速變慢，發(fā)電頻率降低，影響用電質量，威脅發(fā)電廠和各用電設備的安全。若無功功率不足，系統(tǒng)電壓也會降低，電流將會升高，電機過流過熱，會導致用電設備絕緣破壞，甚至燒毀。

　　2 功率因數

　　功率因數是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設備使用狀況的一個具有代表性的重要指標之一，通常使用cosφ表示。一個供電設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，即表見功率，但不是真實功率，它的真實功率是由視在功率和功率因數的乘積決定的。所以說功率因數是一個非常重要的供電指標，而視在功率是由有功功率的平方與無功功率的平方和，開跟號得到的。視在功率確定后，有功功率分量高就稱為功率因數高，有功功率分量低就稱為功率因數低，有功功率和無功功率都是靠發(fā)電機發(fā)出的，然而用電設備所需要的功率會因設備的感性和容性不同而不同，當用電設備是感性時，用電設備的電壓會超前電流90°;當用電設備是容性時，電流超前電壓90°，兩個分量將在一條直線上，但方向相反，用電設備中感性的居多，所以這就需要一個容性的負荷進行無功補償了。

　　3 有功功率和無功功率的三角關系

　　上述講的有功功率和無功功率可以用直角三角形的關系來描述：三角形的兩條直角邊，一個表示有功功率，一個表示無功功率，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角，功率因數角的余弦值就是功率因數。無功功率越少，功率因數角就越小，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，能量的轉換效率也就越高。這就提出了一個問題，怎樣減少發(fā)電機的無功輸出？或者說怎樣減少感性負何的無功吸收？

　　4 提高功率因數的意義

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

　　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、導線等容量增大，從而擴大了企業(yè)投資;

　　②由于無功功率增大，造成輸電電流增大，從而也會增大供電設備的有功損耗;

　　③因為系統(tǒng)中的總電流增大，所以電壓損失增大，造成調壓困難;

　　④對發(fā)電機來說，轉子溫度升高，發(fā)電機達不到預期出力;

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

　　5 提高功率因數和無功補償

　　企業(yè)的感性負荷大部分是異步電動機，運行時要消耗一定的無功功率，使得電動機和輸電線路的電流增大，如果給電動機增加就地補償電容，不但可以使線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。下面給出異步電動機的無功補償計算公式，以供大家參考：

　　設補償前電動機的無功功率為Q1，補償電容器后的無功功率為Q2，則補償電容器的無功功率為：

　　Qc=Q1-Q2=P1（tanφ1-tanφ2）=

　　式中：P1、P2為電動機運行時輸入/輸出的有功功率，η為電動機運行時的效率，φ1、φ2為電容器補償前后的功率因數角。

　　補償前的功率因數：cosφ1=（cosφe）1/k，式中：cosφe為電動機額定負載時的功率因數，可從產品目錄中查得，k為電機定子電流負載率，k=I1/Ie，其中I1為電機運行時的實測定子電流（A），Ie為電機的額定電流（A）。

　　補償后的功率因數一般是0.95左右，如果再高，投入的成本太大，不經濟，確定了所需補償的無功功率Qc之后，那么補償電容量C=式中：f為電源頻率（Hz），Ue為電機額定電壓（V），Qc為電容補償的無功功率（Var）。

　　注意：個別補償的電容容量應根據電動機的功率、負載率及電網情況適當考慮，避免過補償或欠補償狀態(tài)的出現。

　　6 補償方式

　　工業(yè)企業(yè)中常用的電容器補償方式大概有三種：集中補償、分組補償和單個補償。企業(yè)電力系統(tǒng)的補償方式的選擇，要視企業(yè)的具體情況而定。比如：從無功就地平衡來說，單個補償的效果最好（單個補償應用于大容量、長期運行、無功功率需要較大的設備，或者輸電線路較長的設備，不便于實現分組補償的場合，這種方式可以減少配線電流，導線截面，配電設備的容量），不論采取什么樣的補償方式，補償電容必須選擇適當，而這一切都是為了提高電力系統(tǒng)的功率因數。

　　7結束語

　　根據功率因數進行的無功補償可以有效的提高設備的利用效率，減小了企業(yè)的初期投資，對企業(yè)供用電的穩(wěn)定性有著深遠的意義。