功率因數(shù)的定義是在交流電路中電壓與電流之間的相位差(φ)的余弦，用符號(hào)cos(φ)表示，其在數(shù)值上是有功功率(P)與視在功率(S)的比值，即PF = P / S。

 

也就是說，在交流系統(tǒng)中，電壓與電流之間的相位差的余弦決定了功率因數(shù)，其數(shù)值在物理上的意義是有功功率在總功率中所占的比值。根據(jù)功率三角形關(guān)系，當(dāng)電壓與電流相位差為零時(shí)，有功功率等于視在功率，此時(shí)功率因數(shù)等于1。

 

在工程測量中采用PF = P / S的計(jì)算方式，在大部份功率因數(shù)測量過程中，功率因數(shù)的測量結(jié)果都是正確的，但是有的時(shí)候在一些場合測量結(jié)果卻比實(shí)際值偏小，這是為什么呢?下面舉兩個(gè)例子，介紹功率因數(shù)測量偏小的原因及其解決辦法。

 

假設(shè)被測電壓和電流為純正弦曲線，如圖1所示。被測電壓與電流之間的相位差為零，兩波形完全重合，根據(jù)功率因數(shù)的定義，此時(shí)功率因數(shù)的測量結(jié)果等于1。

 

圖1相位差為零的純正弦交流電

 

但是，當(dāng)對(duì)圖1所示的相位差為0的純正弦交流電中的電壓注入2~18次諧波后，波形如圖2所示。這里僅是對(duì)電壓的波形注入了多次諧波，并未改變電壓基波與電流之間的相位角，根據(jù)功率因數(shù)的定義，其測量結(jié)果所得功率因?yàn)閼?yīng)當(dāng)?shù)扔?，但實(shí)際上，對(duì)圖2波形進(jìn)行功率因數(shù)測量時(shí)其結(jié)果為0.9543，與真實(shí)測量結(jié)果相比是偏小的，在現(xiàn)實(shí)測量過程中，諧波的頻譜含量可能更為豐富，此時(shí)測量結(jié)果可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離真實(shí)值。

 

圖2電壓含諧波

 

測量結(jié)果偏小的原因在于視在功率S和無功功率Q 的計(jì)算方式不同。視在功率S=U*I，當(dāng)被測信號(hào)諧波含量豐富時(shí)，這些諧波測量值會(huì)包含在U或I的測量值內(nèi)，由此公式計(jì)算出來的視在功率S將偏大，因此導(dǎo)致功率因數(shù)計(jì)算結(jié)果偏小，在這種情況下視在功率的計(jì)算方式可以選擇S=sqrt(P2 +Q2)，此時(shí)，無功功率Q的計(jì)算也須采用諧波分析方式計(jì)算。

 

對(duì)于不具備諧波分析能力的功率測量儀器來說，當(dāng)被測信號(hào)諧波含量豐富時(shí)，其對(duì)功率因數(shù)的測量無法避免地存在誤差，ZLG致遠(yuǎn)電子的PA功率分析儀可由用戶自由選擇計(jì)算方式，type1、type2和type3，保證測量結(jié)果的精確可靠。


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