功率因数及其在电路中的影响

电网中存在无功分量（以感性无功为主）时，说明负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cosφ称为功率因数。它是有功功率与视在功率之比。当电网的电压矢量为U，负载电流的矢量为I，它们之间的相位角为φ，如图2-1a所示。若电力负荷的视在功率为S，有功功率为P，无功功率为Q，那么它们之间的关系如图2-1b所示。

图2-1 视在功率、有功功率和无功功率的关系

三相功率因数的计算公式为

式中，cosφ为功率因数；P为有功功率，kW；Q为无功功率，kvar；S为视在功率，kVA。

另外，功率因数通常分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数3种。

1）在三相对称电路中，各相电压、电流为对称，功率因数也相同。那么三相电路总的功率因数就等于各相的功率因数。

2）非正弦电路的功率因数。(www.xing528.com)

P=UI₁cosφ₁Q=UI₁sinφ₁S=UI （2-2）

此时非正弦电路功率因数为

式中，cosφ₁为基波功率因数；I₁为基波电流；I为总电流。

由式（2-3）可以看出，功率因数是由基波电流相移和电流波形畸变两个因素决定的。总电流可以看成由3个分量，即基波有功电流、基波无功电流和谐波电流组成。

电力系统中，不但有功功率要平衡，无功功率也要平衡。由式cosφ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因数cosφ越小，所需的无功功率越大。为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。这样，不仅要增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为了提高电网的经济运行效率，根据电网中的无功类型，人为地补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率。

功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。