功率因数

在交流电路中,功率因数是 用于做功的有功功率与提供给电路的功率之比。

功率因数可以取 0 到 1 范围内的值。

当所有功率都是无功功率而没有实际功率时(通常是感性负载)——功率因数为 0。

当所有功率都是有功功率且没有无功功率(电阻性负载)时 - 功率因数为 1。

功率因数定义

功率因数等于以瓦特 (W) 为单位的真实功率 P 除以视在功率 |S|以伏安 (VA) 为单位:

PF = P(W) / |S(VA)|

PF——功率因数。

P——以瓦特 (W) 为单位的有功功率。

|S|-视在功率 - 以伏安 (VA) 为单位的复数功率的大小。

功率因数计算

对于正弦电流,功率因数PF等于视在功率相位角φ(也就是阻抗相位角)的余弦的绝对值:

PF = |cos φ|

PF是功率因数。

φ   是视在功率相位角。

 

以瓦特 (W) 为单位的有功功率 P 等于视在功率 |S|单位为伏安 (VA) 乘以功率因数 PF:

P(W) = |S(VA)| × PF = |S(VA)| × |cos φ|

 

当电路有阻性阻抗负载时,有功功率P等于视在功率|S|功率因数 PF 等于 1:

PF(resistive load) = P / |S| = 1

 

以无功伏安 (VAR) 为单位的无功功率 Q 等于视在功率 |S|伏安 (VA) 乘以相位角φ的正弦值:

Q(VAR) = |S(VA)| × |sin φ|

根据以千瓦 (kW) 为单位的实际功率表读数 P、以伏特 (V) 为单位的电压 V 和以安培 (A) 为单位的电流 I 计算单相电路:

PF = |cos φ| = 1000 × P(kW) / (V(V) × I(A))

 

根据以千瓦 (kW) 为单位的有功功率表读数 P、以伏特 (V) 为单位的线电压 V L-L和以安培 (A) 为单位的电流 I 计算三相电路:

PF = |cos φ| = 1000 × P(kW) / (3 × VL-L(V) × I(A))

 

根据以千瓦 (kW) 为单位的有功功率表读数 P、以伏特 (V) 为单位的线到中性线 V L-N和以安培 (A) 为单位的电流 I 计算三相电路:

PF = |cos φ| = 1000 × P(kW) / (3 × VL-N(V) × I(A))

功率因数校正

功率因数校正是为了改变接近 1 的功率因数而对电路进行的调整。

功率因数接近 1 会降低电路中的无功功率,电路中的大部分功率将是有功功率。这也将减少电力线损耗。

当电路具有电感元件(如电动机)时,通常通过在负载电路中添加电容器来校正功率因数。

功率因数校正计算

视在功率 |S|以伏安 (VA) 为单位等于以伏特 (V) 为单位的电压 V 乘以以安培 (A) 为单位的电流 I:

|S(VA)| = V(V) × I(A)

以无功伏安 (VAR) 为单位的无功功率 Q 等于视在功率平方的平方根 |S|以伏安 (VA) 为单位减去以瓦特 (W) 为单位的有功功率 P 的平方(毕达哥拉斯定理):

Q(VAR) = √(|S(VA)|2 - P(W)2)


Qc (kVAR) = Q(kVAR) - Qcorrected (kVAR)

以无功伏安 (VAR) 为单位的无功功率 Q 等于以伏特 (V) 为单位的电压 V 的平方除以电抗 Xc:

Qc (VAR) = V(V)2 / Xc = V(V)2 / (1 / (2π f(Hz)×C(F))) = 2π f(Hz)×C(F)×V(V)2

因此,应并联添加到电路中的法拉 (F) 功率因数校正电容器等于以无功伏安 (VAR) 为单位的无功功率 Q 除以 2π 乘以以赫兹 (Hz) 为单位的频率 f 乘以平方电压 V,单位为伏特 (V):

C(F) = Qc (VAR) / (2π f(Hz)·V(V)2)

 

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