功率因数

　　功率因数，是用来衡量用电设备（包括：广义的用电设备，如：电网的变压器、传输线路，等等）的用电效率的数据。

　　功率因数的定义公式：功率因数＝有功功率/视在功率。

　　有功功率，是设备消耗了的，转换为其他能量的功率。

　　无功功率，是维持设备运转，但是并不消耗的能量。他存在于电网与设备之间，是电网和设备不可缺少的能量部分。但是无功功率如果被设备占用过多，就造成电网效率低下，同时，大量无功功率在电网中来回传送，使得线损高企浪费严重。

　　为了减少电网的无功传送，就要求用户在用电端，给设备提供无功功率，这种提供无功功率的行为，就是无功补偿。提供无功功率的补偿设备，称之为：无功补偿装置。比如深圳奥特电器公司的ATBX就地补偿箱，就是非常有效的就地补偿装置。

　　其他：必须了解的：

　　视在功率，就使我们常说的功率容量。计算：视在功率的平方＝有功功率的平方+无功功率的平方。

　　视在功率、有功功率、无功功率三者呈直角三角形关系。

　　注意：在没有谐波的情况下，可以推导出：功率因数＝COSa （电压电流角差的余弦）。但是有谐波的时候，上述表达式式不成立。这时很多人，包括很多专家都没有意识到的一个情况。

　　实际案例

　　电子系统的功率因数

　　在电子系统里有很多电子器件，而几乎所有有源电子器件都是要求直流供电的，而在一般的市区或工厂都是采用交流电作为电源。所以几乎所有的电子系统里都需要有一个整流器来把交流整成直流，通常在后面还要加一个电解电容来滤波（图2.）。

　　图2. 整流器和电解电容

　　这种电路因为包含有整流二极管，所以实际上是一种非线性电路，这可以从它的电源和电流的波形看出，这时候的电压和电流波形如图3所示。

　　图3. 整流器的电压和电流的波形

　　显然，尽管电压还是正弦波，但是电流却变成了脉冲波。 对于这种非线性系统，本来就很难来定义它的功率因数，因为功率因数本来是从线性系统里得来的。还好大多数电子系统都是家用小型电器，它对于大的电力系统影响不大。所以当时国家规定75瓦以下的电子系统不要求功率因数。这也是很合理的。甚至于到现在为止，美国的能源之星对于一般的照明系统还规定了100W以下不要求功率因数。

　　在荧光灯出现的时候，从来没有提出过什么功率因数的要求，所以采用电感镇流的普通日光灯的功率因数在0.5左右，过去也没有任何规定来限制。

　　然而到了节能灯国家就规定了15W以下不要求功率因数，但是因为大多数节能灯都是在15W以下，所以这个规定对于节能灯的大规模推广没有什么影响。到了LED却规定了5W以下才不要求功率因数。似乎对于节能效果越好的灯具，对PF的要求就越苛刻！这实在是很难理解的！

　　因为现在对小功率的LED的功率因数有规定了，那么对这种非线性系统的功率因数总应该有个定义。要不然怎么来测试？然而，要对非线性系统的功率因数做个定义实在是太难了。为此，很多人提出了各种建议：

　　1. 利用电流的基波和电压之间的相位差的余弦作为功率因数。可是因为电流的基波是从傅氏变换得来的，傅氏变换只能等到它的幅度，而不能得到它的相位，相位是相对的，必须有一个对照才能够得到相位。而在做傅氏变换时并没有把电压的相位作为基准，所以得到的结果也没有相位。所以这种建议是无法实现的。

　　2. 把电流的过零点作为电流的起始相位，把这个相位和电压的相位差的余弦作为功率因数。但是因为电流的波形并不是正弦波，而是脉冲波。所以把一个脉冲波的过零点作为其起始相位也是没有道理的。

　　3. 最后终于有人想出一个很勉强的定义，就是把功率因数定义为有功功率和无功功率之比。

　　PF = 有功功率/无功功率

　　虽然在正弦波的线性系统里，如果用这个定义，至少在绝对值上是和Cosφ的绝对值是一样的。有功功率就是把电流投影到电压轴上再乘以电压值。而无功功率就是直接把电流矢量和电压矢量相乘而不考虑其相位差。显然，在线性系统里其绝对值是和Cosφ的绝对值是一致的，但是这种比值却是没有正负号的。

　　而且，如何在一个非线性系统里定义有功功率和无功功率也是一个很大的问题。

　　现在大多数是采用如下的公式：

　　称为相位因素

　　至于什么是相位因素就无人回答了。因为这个相位是无法得出的。

　　而且如果在非线性系统里用这个定义也就丢掉了功率因数Cosφ的正负号，因为功率是没有负功率的。由于所有的数字式功率因数计都采用了这个定义，结果也就丢掉了正负号。没有正负号的功率因数也失去了制定功率因素的根本意义！

实测的功