淺談對(duì)功率因數(shù)的誤解

　　摘要：最近有做逆變器的客戶咨詢功率因數(shù)測(cè)量，客戶想了解逆變器的功率因數(shù)應(yīng)該是在怎么樣的負(fù)載條件下測(cè)量的，阻性?容性?還是感性?其實(shí)里邊存在一個(gè)很大的理解誤區(qū)，忽視這種誤區(qū)會(huì)導(dǎo)致逆變器的生產(chǎn)廠家和使用廠家出現(xiàn)比較嚴(yán)重的分歧。

　　一、功率因數(shù)的定義

　　日常所用的交流電在純電阻負(fù)載上的電壓和電流是同相位的，即相位差q = 0°，如圖 1左圖所示;交流電在純電容負(fù)載上的電壓和電流關(guān)系是電流超前電壓90°(q =90°)，如圖 1中圖所示;交流電在純電感負(fù)載上的電壓和電流關(guān)系是電流滯后電壓90°(q = -90°)，如圖 1右圖所示。

　　圖 1 電壓電流關(guān)系

　　在電阻負(fù)載上的有功功率就是視在功率，即二者相等，所以功率因數(shù)λ=1。而在純電容和純電感負(fù)載上的電流和電壓相位差90°，所以所以功率因數(shù)λ = cos90°=0，即在純電容和純電感負(fù)載上的有功功率為零。

　　從這里可以看出一個(gè)問題，同樣是一個(gè)電源，對(duì)于不同性質(zhì)的負(fù)載其輸出地功率的大小和性質(zhì)也不同，因此可以說負(fù)載的性質(zhì)決定著電源的輸出。換言之，電源的輸出不取決于電源的本身，就像一座水塔的供水水流取決于水龍頭的開啟程度，圖 2

　　圖 2 水塔與水龍頭

　　從上面的討論可以看出，功率因數(shù)是表征負(fù)載性質(zhì)和大小的一個(gè)參數(shù)。而且一般說一個(gè)負(fù)載只有一種性質(zhì)，就像一個(gè)人只有一個(gè)身份證號(hào)碼一樣。這種性質(zhì)的確定是從負(fù)載的輸入端看進(jìn)去，稱為負(fù)載的輸入功率因數(shù)。一個(gè)負(fù)載電路完成了，它的輸入功率因數(shù)也就定了。

　　比如UPS作為前面市電或發(fā)電機(jī)的負(fù)載而言，比如六脈沖整流輸入的UPS，其輸入功率因數(shù)就是0.8，不論前面是市電電網(wǎng)還是發(fā)電機(jī)，比如要求輸入100kVA的視在功率，都需要向前面的電源索取80kW的有功功率和60kvar的無功功率。如果UPS的輸入功率因數(shù)是0.6，就需要向前面的電源索取60kW的有功功率和80kvar的無功功率。像這樣的輸出分配，前面電源是“無權(quán)”決定的。

　　二、表征UPS輸出能力的參數(shù)——負(fù)載功率因數(shù)

　　眾所周知，在很早以前人們穿的鞋子都是由裁縫按照每個(gè)人的尺寸一對(duì)一制作的，到了現(xiàn)代由于社會(huì)的發(fā)展和分工，出現(xiàn)了很多工業(yè)。比如制鞋工業(yè)需要預(yù)先做出很多鞋子以供社會(huì)需要，問題是做多大的鞋子?這就需要事先有個(gè)規(guī)劃，這個(gè)規(guī)劃就來自于社會(huì)人群，多數(shù)人的腳是多大，于是就制定出各種大小，也就是多少多少碼。UPS也是這樣，總不能一對(duì)一地制造，也要事先根據(jù)當(dāng)前用電器的形式和規(guī)模預(yù)先制造出一批或幾批不同功率因數(shù)和功率規(guī)格的機(jī)器，以備市場(chǎng)現(xiàn)貨銷售。預(yù)先制造出一批或幾批UPS的根據(jù)就是負(fù)載功率因數(shù)。當(dāng)UPS的負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載的輸入功率因數(shù)相等時(shí)，就稱為完全匹配，UPS就可輸出全部功率。圖 3顯示出了UPS負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載輸入功率因數(shù)的關(guān)系。

　　圖 3 UPS負(fù)載功率因數(shù)與輸出功率因數(shù)

　　三、對(duì)功率因數(shù)的誤解危害

　　正是由于有的用戶將負(fù)載功率因數(shù)誤認(rèn)為是設(shè)備的“輸出功率因數(shù)”，不但將歸屬關(guān)系搞錯(cuò)了，而且還引出了一個(gè)根本不存在的概念。既然是“設(shè)備的輸出功率因數(shù)”，那么設(shè)備的輸出功率就必須服從這個(gè)功率因數(shù)值，也就是說“功率因數(shù)為0.8的100kVA 設(shè)備在帶線性負(fù)載時(shí)也應(yīng)給出80kW的輸出功率”。如果這種誤解僅僅是個(gè)別用戶，最多導(dǎo)致用戶和供應(yīng)商方面的矛盾。但如果是制定標(biāo)準(zhǔn)者陷入這個(gè)誤區(qū)，危害就是全國(guó)的設(shè)備制造商。使用致遠(yuǎn)電子的PA8000功率分析儀可同步測(cè)量各類電力設(shè)備(如UPS、逆變器、整流器等)的輸入功率因數(shù)和負(fù)載功率因數(shù)。避免誤解再次發(fā)生，如圖 4所示。

　　圖 4 使用PA8000測(cè)量UPS電源的功率因數(shù)