功率因素这个词,相信很多人都听过,比如一台电机,它的功率因数越高,说明它的电能利用率越高,造成的浪费越少,因此功率是衡量电气设备效率高低的一个系数。
这里我们要认识另外两个名词,“视在功率”和“无功功率”。视在功率认为可以用最基础的公式P=UI去计算,功率会等于电压乘以电流。
而实际的电路中,比如电机的电路,接的负载是线圈,属于感性负载,由于普通电机用的电压都是交流电,也就是电压实际是无时无刻在变化的,它的波形如下,属于正弦波。
由于线圈属于感性负载,会产生感抗,所以电流和电压并不是保持一致的,而是会滞后于电压,对于容性负载而言,电流则会超前于电压。
如下图,是一个感性负载的电压、电流和功率变化图(电压:蓝色,电流:红色,功率:绿色),功率会等于电压乘以电流;在第一个区域,电压为正,电流为负,功率是负功率;第二个区域,电压为正,电流为正,功率是正功率;第3个区域,电流为正,电压为负,功率为负。
我们可以看出,第1、3、5区域的功率为负的,此部分的功率称为“无功功率”,实际功率会等于上面部分的功率减去下面部分的无功功率,实际的功率我们也称为“有功功率”。
功率因素=有功功率/视在功率
通过图片我们也可以发现,电压或电流超前滞后越严重,功率因素越低。
无功功率实际上也叫无法对外做功的功率,它是交流电中特有的,虽然它不对外做功,但它却是电机正常运行必不可少的。
电机在运行时,除了需要有功功率做功,还需要有一个始终存在的磁场,使转子转动,从而带动机械运动。而磁场的能量是电网提供的,这个磁场并不会对外做功,但它又在电网与电机之间来回传送,占据了电网的一部分线路,使电网传输效率降低,从而使功率因数下降。
在电机正常运行时,功率因数一般在0.7——0.85之间,但电机在空载时功率因数只有0.2——0.3,这是因为空载时有功功率非常小,有功功率小了从公式中我们可以知道功率因数也就小了。
电机轻载时也一样,所以电机在空载和轻载时功率因数都非常低,输电线路上将产生较大的电压降和功率损失,从而降低了输出功率的利用率,因此我们在电机运行时尽可能的满载运行,避免空载和轻载运行。