因数是什么(什么是功率因数?)

2020年8月21日 评论 12

因数是什么(什么叫功率因素?)功率因素(Power Factor)是考量电器设备高效率高矮的一个指数。它的尺寸与电源电路的负载特性相关, 如白炽灯、电加热炉等电阻器负载的功率因素为1,一般具备电交流电流的电源电路功率因素都低于1。功率因素低,表明无功负荷大, 进而减少了机器设备的使用率,提升了路线供电系统损害。

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一、功率因素的来历和含意

在电气设备行业的负荷有三个基础种类:电阻器、电容器和电感器。电阻器是耗费输出功率的元器件,电容器和电感器是存储输出功率的元器件。平时常用的交流电流在纯电阻负荷上的工作电压和电流量是同相位差的,即相位角q = 0°,如图所示1(a)所显示;交流电流在纯电容器负荷上的工作电压和电流量关联是电流量超前的工作电压90°(q =90°),如图所示1(b)所显示;交流电流在纯电感器负荷上的工作电压和电流量关联是电流量落后工作电压90°(q = -90°),如图所示1(c)所显示。

因数是什么(什么是功率因数?)

图1 不一样特性负荷上的电流强度关联

输出功率因数的定义是:

因数是什么(什么是功率因数?)

(1)在电阻器负荷上的功率因素便是视在功率,即二者相同,因此 功率因素F=1。而在纯电容器和纯电感器负荷上的电流量和工作电压相位角90°,因此 因此 功率因素F=cosq = cos90°=0,即在纯电容器和纯电感器负荷上的功率因素为零。

从这儿能够看得出一个难题,一样是一个开关电源,针对不一样特性的负荷其輸出的输出功率的尺寸和特性也不一样,因而可以说负荷的特性决策着开关电源的輸出。换句话说,开关电源的輸出不在于开关电源的自身,如同一座冷却塔的供电流水在于自来水龙头的打开水平。

从上边的探讨能够看得出,功率因素是定性分析负荷特性和尺寸的一个主要参数。并且一般说一个负荷仅有一种特性,如同一个人只有一个身份证号一样。这类特性的明确是以负荷的键入端看进来,称之为负荷的键入功率因素。一个负荷电源电路完成了,它的键入功率因素也就定了。

例如UPS做为前边电压或发电机组的负荷来讲,例如六单脉冲整流器键入的UPS,其键入功率因素就是0.8,无论前边是电压电力网還是发电机组,例如规定键入100kVA的视在功率,都必须向前边的开关电源索要80kW的功率因素和60kvar的无功负荷。假如UPS的键入功率因素是0.6,就必须向前边的开关电源索要60kW的功率因素和80kvar的无功负荷。像那样的輸出分派,前边开关电源是“没有权利”决策的。

二、定性分析UPS輸出工作能力的主要参数——负荷功率因素

1. 负荷功率因素被误称之为“輸出功率因素”

UPS不可以一对一地生产制造,还要事前依据当今大功率电器的方式和经营规模事先生产制造出一批或几轮不一样功率因素和输出功率规格型号的设备,以便销售市场现货交易市场销售。事先生产制造出一批或几轮UPS的依据便是负荷功率因素。当UPS的负荷功率因素与负荷的键入功率因素相同时,就称之为彻底配对,UPS就可輸出所有输出功率。碰到不配对负荷时,就务必调额应用。图2示出了UPS负荷功率因素与负荷键入功率因素的关联。

因数是什么(什么是功率因数?)

图2 UPS负荷功率因素与负荷键入功率因素的关联

有的就误把UPS的负荷功率因素称之为UPS的輸出功率因素。这类误会的来源于大约觉得UPS即然有键入功率因素就一定有輸出功率因素,这样一来UPS的特性就会有二种,从键入看进来是一种特性,从輸出看进来也是另一种特性,误会了电源电路特性的唯一性。即然是UPS的輸出功率因素,如前所述,假如UPS有輸出100kVA的工作能力,那麼理应在一切负荷特性的标准下都可以得出功率因素所强调的功率因素和无功负荷。例如被称作輸出功率因素的标值为0.8时,在一切负荷特性的标准下都可以得出80kW的功率因素和60kvar的无功负荷。但事实上不是这样。例如通常出現这类状况,当负荷功率因素为0.8的100kVA UPS在带线形负荷时,便会因负载而转旁通,它是其一;其二,当用功率因数表精确测量UPS輸出端时发觉,在带线形负荷时其功率因素数值1,当带二极管整流器滤波器键入的IT负荷时其功率因素值又是0.7,如何也不出0.8!事实上这二种状况测出的全是负荷的功率因素,说白了輸出功率因素0.8压根就不容易出現,除非是带键入功率因素为0.8的负荷时,但那时候测出的也依然是负荷的功率因素。即,要是带负荷精确测量,测出的便是负荷的功率因素。这样一来,仅有没有负荷时才能测得UPS的“輸出功率因素”,这时候功率因素P的輸出电流量IP=0,视在功率S的輸出电流量IS=0,虽然二者的工作电压UP和US不以零,但依据式(1)

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(2)这一結果便是一个无理数。功率因数表检测压根就测出不来一切值。换句话说说白了的“輸出功率因素”沒有一切可操作性。

2.负荷功率因素的明确要素

那麼负荷功率因素为0.8的100kVA UPS在带线形负荷时,为何给出不来80kW呢?一般这类状况下的直流机UPS设计方案是依据额定值的功率因素挑选逆变电源,而无功负荷一部分由逆变电源后边的电力电容器C来担负,如图所示3所显示。在图上的逆变电源输出功率挑选便是依据负荷功率因素设置的。这儿是以负荷功率因素为0.8的100kVA UPS为例子的数据。逆变电源是依据80kW挑选的整流管,电力电容器C的容积是依据輸出的无功负荷60kvar选中的(自然还需此外再加滤波器时所需的容积)。由于在全配对负荷时电容器C的輸出无功负荷QC和负荷上的溶性无功负荷负荷上的理性无功负荷 QL平方根相同而标记反过来,彻底相辅相成(立即做差),即:QC-QL=0

并且C和L产生的控制回路电流量并不流过逆变电源,即无功功率电流量不流过逆变电源,UPS便是在这类设置标准下生产制造的。

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图3 一般直流机UPS与负荷配对状况下的主电源电路构造

因此 在全配对的标准下,负荷功率因素为0.8的100kVA UPS能将80kW的功率因素和60kvar的无功负荷所有运输给负荷。即在UPS的负荷功率因素与负荷的键入功率因素彻底配对时,负荷上获得的输出功率便是:

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(3)假如负荷的键入功率因素与UPS的负荷功率因素不相同,情况又会怎么样呢?例如后边的负荷是线形负荷,即负荷的键入功率因素=1,这类状况经常会出现在UPS带假负载考机状况,如图16所显示。在这儿有一个非常大的差别,负荷中的电感器一部分没了。这就导致了逆变电源后边电力电容器C的无功负荷再也不会向负荷端出示的局势。因为60kvar的容抗XC是:

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(4)

从上式能够看得出,逆变电源輸出最先串联了一个低于1W的电感,假如让逆变电源輸出端创建起380V的工作电压,最先要向电容器C出示一个电流量IC,其值的尺寸为:

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(5)

而原先逆变电源能够出示的电流量IINV为:

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(6)

很显而易见,务必从逆变电源輸出电流量中减掉所述的溶性电流量,剩下的才算是负荷应该的电流量Ir,即:

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(7)

那麼这时负荷上可以获得的输出功率Pr就仅有:

Pr =241A´380V»53kW (8)

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图16 一般直流机UPS与线形负荷不配对状况下的主电源电路构造

或是用功率计算公式式得到一样的結果:

(9)

因而负荷功率因素为0.8的100kVA UPS在带线形负荷时,只有得出53kW的输出功率,在过去的设备中不止一次地证实了这一结果。换句话说当负荷的键入功率因素并不等于UPS的负荷功率因素时,UPS就务必调额应用
。它是一般规律性,自然对不一样负荷功率因素的UPS拥有不一样的调额值。

3. 对UPS功率因素的误会伤害

更是因为有的客户将负荷功率因素误以为是UPS的“輸出功率因素”,不仅将所属关联搞错了,并且还引出来了一个压根不会有的定义。即然是“UPS的輸出功率因素”,那麼UPS的功率就务必听从这一功率因素值,换句话说“功率因素为0.8的100kVA UPS在带线形负荷时也应得出80kW的功率”。假如这类误会只是是某些客户,数最多导致用户和经销商层面的分歧。但如果是制订规范者深陷这一错误观念,伤害便是全国各地的UPS生产商。

例如原先全是進口的功率大的UPS,在带线形试验负荷时发觉功率因素为0.8的100kVA UPS给出不来80kW,因此就觉得是生产厂家的商品不过关,在加上生产厂家也说不清缘故,因此就只能增加逆变电源的输出功率,换句话说在逆变电源中务必也把60kvar的无功负荷包括进来,即:

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(10)

无形之中将逆变电源的工程造价提升了20%,但逆变电源的光耦电路也比需相对地升級,那么就不仅20%了。全国各地全部的生产厂家都务必照此办理,这一影响度就变大!这样一来,80kW的功率是给出来,遗憾的是负荷功率因素F也不是0.8了,由于深陷错误观念的生产商是不容易将原先60kvar的无功负荷作一切更改的,即依然保存了60kvar的电力电容器,这样一来按照原先的对负荷功率因素F的设计方案,就变成了:

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(11)

自然,要是輸出给可以了80kW,对于这时的功率因素值也就没有人在意了。假如确实有些人看到了这一点,是否觉得这台100kVA 的UPS要是得出68.4kW就合格了!

很显而易见,那样的更改不是应当的,一来是危害了生产商的权益,二来也不符科学研究大道理,仅仅由于误会缘故而人为因素地觉得那样做。乃至有的说:大部分人愿意那样做那么就对。要了解科学研究的难题并不是靠举手表决处理的,自由落体运动的iPhone便是要落在地面上,再多的人举手表决也不会飞到天空去。

和负荷功率因素并排的一个量便是UPS输出电压的谐波失真度,有的将二者混为一谈,觉得要是输出电压的谐波失真度做到规定,那麼负荷功率因素也就知道。事实上在设计产品中负载功率因素和谐波失真尽管一些联络,但并不是一码事,分别的考虑到不一样。谐波失真度就如同是考量这一件衣服裤子做得活计怎么样,针角密不密,款式怎么样。而功率因素表明的则是男服饰還是女服装,是多小号的衣服裤子,这些。因此 这两个指标值且不能厚此薄彼,乃至放弃在其中之一。

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因数是什么(什么是功率因数?)

更不可以让人安心的是一些阅读者迄今仍觉得功率因素是百分比,总听有些人问:你的UPS的键入功率因素是百得分是多少?这从上边的测算就可清晰地见到,功率因素和无功负荷是正交关系。从式(11)也可见到视在功率、功率因素和无功负荷三者中间的关联是直角三角形勾股弦的关联。因此 功率因素和无功负荷是不可以立即交互的。例如上边的事例,假如将80kW看作80%,那麼60kvar便是60%,这样一来功率因素和无功负荷加在一起便是140%,显而易见不是对的。这一最基础的基本要素假如搞不懂,别的定义就难以去了解了!

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