【導(dǎo)讀】功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備用電效率的一個重要參數(shù),如果數(shù)值低,說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大,這樣會降低電氣設(shè)備的電能利用效率,從而增加線路的供電損耗。
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,有功功率等于視在功率,此時功率因數(shù)等于1。
在工程測量中采用PF = P / S的計算方式,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,但是有的時候在一些場合測量結(jié)果卻比實際值偏小,這是為什么呢?下面舉兩個例子,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)果所得功率因為應(yīng)當(dāng)?shù)扔?,但實際上,對圖2波形進行功率因數(shù)測量時其結(jié)果為0.9543,與真實測量結(jié)果相比是偏小的,在現(xiàn)實測量過程中,諧波的頻譜含量可能更為豐富,此時測量結(jié)果可能遠遠偏離真實值。
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 的計算方式不同。視在功率S=U*I,當(dāng)被測信號諧波含量豐富時,這些諧波測量值會包含在U或I的測量值內(nèi),由此公式計算出來的視在功率S將偏大,因此導(dǎo)致功率因數(shù)計算結(jié)果偏小,在這種情況下視在功率的計算方式可以選擇S=sqrt(P2 +Q2),此時,無功功率Q的計算也須采用諧波分析方式計算。
對于不具備諧波分析能力的功率測量儀器來說,當(dāng)被測信號諧波含量豐富時,其對功率因數(shù)的測量無法避免地存在誤差,ZLG致遠電子的PA功率分析儀可由用戶自由選擇計算方式,type1、type2和type3,保證測量結(jié)果的精確可靠。
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