淺談對功率因數(shù)的誤解

　　摘要：最近有做逆變器的客戶咨詢功率因數(shù)測量，客戶想了解逆變器的功率因數(shù)應該是在怎么樣的負載條件下測量的，阻性?容性?還是感性?其實里邊存在一個很大的理解誤區(qū)，忽視這種誤區(qū)會導致逆變器的生產(chǎn)廠家和使用廠家出現(xiàn)比較嚴重的分歧。

　　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;交流電在純電容負載上的電壓和電流關系是電流超前電壓90°(q =90°)，如圖 1中圖所示;交流電在純電感負載上的電壓和電流關系是電流滯后電壓90°(q = -90°)，如圖 1右圖所示。

　　圖 1 電壓電流關系

　　在電阻負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載上的有功功率為零。

　　從這里可以看出一個問題，同樣是一個電源，對于不同性質的負載其輸出地功率的大小和性質也不同，因此可以說負載的性質決定著電源的輸出。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)是表征負載性質和大小的一個參數(shù)。而且一般說一個負載只有一種性質，就像一個人只有一個身份證號碼一樣。這種性質的確定是從負載的輸入端看進去，稱為負載的輸入功率因數(shù)。一個負載電路完成了，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)電機的負載而言，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，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”決定的。

　　二、表征UPS輸出能力的參數(shù)——負載功率因數(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人的尺寸一對一制作的，到了現(xiàn)代由于社會的發(fā)展和分工，出現(xiàn)了很多工業(yè)。比如制鞋工業(yè)需要預先做出很多鞋子以供社會需要，問題是做多大的鞋子?這就需要事先有個規(guī)劃，這個規(guī)劃就來自于社會人群，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，總不能一對一地制造，也要事先根據(jù)當前用電器的形式和規(guī)模預先制造出一批或幾批不同功率因數(shù)和功率規(guī)格的機器，以備市場現(xiàn)貨銷售。預先制造出一批或幾批UPS的根據(jù)就是負載功率因數(shù)。當UPS的負載功率因數(shù)與負載的輸入功率因數(shù)相等時，就稱為完全匹配，UPS就可輸出全部功率。圖 3顯示出了UPS負載功率因數(shù)與負載輸入功率因數(shù)的關系。

　　圖 3 UPS負載功率因數(shù)與輸出功率因數(shù)

　　三、對功率因數(shù)的誤解危害

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

　　圖 4 使用PA8000測量UPS電源的功率因數(shù)