因数是什么(什么是功率因数?)

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2020年5月28日16:47:29 评论 3,744 1737字阅读5分47秒

功率因数的定义是:

(1)在电阻负载上的有功功率就是视在功率,即二者相等,所以功率因数F=1。而在纯电容和纯电感负载上的电流和电压相位差90°,所以所以功率因数F=cosq=cos90°=0,即在纯电容和纯电感负载上的有功功率为零。

从这里可以看出一个问题,同样是一个电源,对于不同性质的负载其输出的功率的大小和性质也不同,因此可以说负载的性质决定着电源的输出。换言之,电源的输出不取决于电源的本身,就像一座水塔的供水水流取决于水龙头的开启程度。

从上面的讨论可以看出,功率因数是表征负载性质和大小的一个参数。而且一般说一个负载只有一种性质,就像一个人只有一个身份证号码一样。这种性质的确定是从负载的输入端看进去,称为负载的输入功率因数。一个负载电路完成了,它的输入功率因数也就定了。

比如UPS作为前面市电或发电机的负载而言,比如六脉冲整流输入的UPS,其输入功率因数就是0.8,不论前面是市电电网还是发电机,比如要求输入100kVA的视在功率,都需要向前面的电源索取80kW的有功功率和60kvar的无功功率。如果UPS的输入功率因数是0.6,就需要向前面的电源索取60kW的有功功率和80kvar的无功功率。像这样的输出分配,前面电源是“无权”决定的。

二、表征UPS输出能力的参数——负载功率因数

1. 负载功率因数被误称为“输出功率因数”

UPS不能一对一地制造,也要事先根据当前用电器的形式和规模预先制造出一批或几批不同功率因数和功率规格的机器,以备市场现货销售。预先制造出一批或几批UPS的根据就是负载功率因数。当UPS的负载功率因数与负载的输入功率因数相等时,就称为完全匹配,UPS就可输出全部功率。遇到不匹配负载时,就必须降额使用。图2示出了UPS负载功率因数与负载输入功率因数的关系。

有的就误把UPS的负载功率因数称为UPS的输出功率因数。这种误解的来源大概认为UPS既然有输入功率因数就一定有输出功率因数,这样一来UPS的性质就有两种,从输入看进去是一种性质,从输出看进去又是另一种性质,误解了电路性质的唯一性。既然是UPS的输出功率因数,如前所述,如果UPS有输出100kVA的能力,那么应当在任何负载性质的条件下都可给出功率因数所指出的有功功率和无功功率。比如被称为输出功率因数的数值为0.8时,在任何负载性质的条件下都可给出80kW的有功功率和60kvar的无功功率。但实际上不是这样。比如往往出现这种情况,当负载功率因数为0.8的100kVA UPS在带线性负载时,就会因过载而转旁路,这是其一;其二,当用功率因数表测量UPS输出端时发现,在带线性负载时其功率因数值为1,当带二极管整流滤波输入的IT负载时其功率因数值又是0.7,怎么也出不来0.8!实际上这两种情况测得的都是负载的功率因数,所谓输出功率因数0.8根本就不会出现,除非带输入功率因数为0.8的负载时,但那时测得的也仍然是负载的功率因数。即,只要带负载测量,测得的就是负载的功率因数。这样一来,只有不带负载时才可测得UPS的“输出功率因数”,这时有功功率P的输出电流IP=0,视在功率S的输出电流IS=0,尽管二者的电压UP和US不为零,但根据式(1)

2.负载功率因数的确定因素

那么负载功率因数为0.8的100kVA UPS在带线性负载时,为什么给不出80kW呢?一般这种情况下的工频机UPS设计是根据额定的有功功率选择逆变器,而无功功率部分由逆变器后面的电容器C来承担,如图3所示。在图中的逆变器功率选择就是根据负载功率因数设定的。这里是以负载功率因数为0.8的100kVA UPS为例的数字。逆变器是根据80kW选择的功率管,电容器C的容量是根据输出的无功功率60kvar选定的(当然还需另外加上滤波时所需的容量)。因为在全匹配负载时电容C的输出无功功率QC和负载上的容性无功功率负载上的感性无功功率 QL绝对值相等而符号相反,完全互补(直接相减),即:QC-QL=0

所以在全匹配的条件下,负载功率因数为0.8的100kVA UPS能将80kW的有功功率和60kvar的无功功率全部输送给负载。即在UPS的负载功率因数与负载的输入功率因数完全匹配时,负载上得到的功率就是:

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