功率因数的问题

1、在电力系统中，功率分三种功率，有功功率P、无功功率Q和视在功率S。
   电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S
   三种功率和功率因素cosΦ是一个直角功率三角形关系：两个直角边是有功功率P、无功功率Q，斜边是视在功率S。任何时候这三种功率总是同时存在，有功功率P是做功发热的功率、无功功率Q是建立磁场，进行电磁转换的功率，视在功率S是有功功率和无功功率的平方和，即     S²=P²+Q²   S=√(P²+Q²)  。

   电力系统的功率因数只有小于1才能稳定运行， 电压与电流之间的相位差必须是电压超前于电流或电流滞后于电压。电压和电流形成的夹角和功率三角形的夹角完全一致。

2、  因为 cosΦ=P/S，电容补偿实际上就是补偿无功，补偿的电容是自己的，没有从网上输送，减少了网上输送的无功，降低了视在功率S，提高了功率因数。

3、无功功率Q是建立磁场，进行电磁转换的功率，用量是固定的，和负载的大小无关。轻载或空载时，有功减少得多，无功没有减少，用量还是和满载一样多，功率因数当然要降低。

电压超前电流波形图

功率三角形

功率因数低的原因和危害
     原因
     (1)大量采用感应电动机或其他电感性用电设备。 
     (2)电感性用电设备不配套或使用不合理，造成设备长期轻载或空载运行。 
     (3)采用日光灯、路灯照明时，没有配电容器。 
     (4)变电设备有负载率和年利用小时数过低。 
     危害
    (1)增加了供电线路的损失，为了减少这种损失则必须增大供电线路的截面，这又增加了投资。 
    (2)增加了线路的电压降，降低了电压质量。 
    (3)降低了发、供电设备的利用率。 
    (4)增加了企业的电费支出，加大了成本。

通常的交变电流对应的电压也是交变的，以正弦波的电流电压为例，这就涉及到相位问题，当电流与电压的正弦波相位不同时，差开一定的角度，把这个叫度起个名叫φ。

再说功率，电学中功率分类主要有 “有功功率”，“无功功率”，“视在功率”，“复功率”
有功功率就是平常最常见的平均功率，由于交流电流和电压有一个φ的相位差角，如图所示，假设此时以U为基准的x轴，那么就要将电流进行直接坐标系下的正交分解，其中分解出来的平行x轴的为Icosφ另一个y轴的与电压U垂直的就是Isinφ。其中分解出来的x轴分量Icosφ与电压U相乘后得到有功功率，即有功功率为UIcosφ 而垂直分量UIsinφ则称为无功功率。从这里也很容易看出“有功”与“无功”的意义

视在功率的定义是UI

功率因数指的就是cosφ，因此 功率因数=有功/视在  这个关系式显然就成立了，同时这个φ也是交流电压与电流间的夹角。

那么φ这个角到底是如何产生的呢？即为什么交流电压和电流的相位可能不同，电流超前电压或者电压超前电流是如何产生的？

我们知道的是，电感和电容两个元件在电路中有储能作用，电感元件会使得电路中的电流受到阻碍，电感对交流电流有一个阻碍的作用，但它对电压却没有阻碍作用。 这就使得，由电感元件构成的交流电路中“交流电压超前交流电流通过电感元件”，此时，电压超前电流一个相角，而这个角就是φ。

而对于电容元件来说，它对交流电压有一个阻碍作用，但对电流却没有， 所以由电容元件构成的交流电路中“交流电流超前交流电压通过电容元件”，此时，电流超前电压一个相角，这个角就是φ。

能过以上说明可以看出，电感元件和电容元件由它们分别对电流和电压的转换储能作用，使得电流和电压出现φ的相角差，而这个φ 我们之前提到的有功功率和无功功率恰好与φ有关，随着φ的不同，有功与无功的比就不同，因此，对电感和电容元件参数的设定可以调节电路输出的有功功率和无功功率。这就是利用电容补偿的原理。

φ角产生的原理说清了，那么第三个问题你自己也可以分析出来了。

1》功率因数小于1，电压和电流的夹角就是电压超前于电流(或称电流滞后于电压)。
2》电容器与交变电压接通时，可使电容器不断地充电放电，形成不断来回的交变电流。该电流超前电压90°(或称电压滞后于电流)；可补偿因j电感负载出现的电流滞后于电压的夹角缩小。
3》电机是依靠无功电流激磁旋转的，其空载或满载运行所消耗的无功激磁电流基本不变，而空载运行消耗的有功电流甚微(只消耗在铁、铜损耗上)，而满载运行所消耗的有功电流是额定值，故此，轻载时的功率因数低。

1，功率因数用cosφ表示，cosφ=有功功率P/视在功率S。电压和电流的夹角φ称为功率因数角。
功率因数和功率因数角是不同的概念。
2，电容补偿原理最简单的解释就是：在一个感性电路中加入容性负载，由于容性负载可以发出感性无功，所以加了电容以后，这个电路从电源吸取的无功功率就会减少，功率因数就会提高。
3，变压器和电动机所谓“轻载”就是有功功率很小，但是用于形成磁场的无功功率几乎和满载相同，也就是说有功功率﹤﹤无功功率，所以功率因数很低。

电机效率和功率因数的关系