電力系統的一個重要的技術指標就是題目說的功率因數,其是衡量電氣設備功率高低的依據。在交流電力系統中,負載元件阻性負載、感性負載、容性負載。對於阻性負載;流過電阻的電流和加在阻性負載兩端的電壓相位差是相同的。因此,阻性負載消耗的功率需要其它能源轉換而來,例如水能、煤等。故,稱之為有功功率。單位時間內電場力所做的功稱為電功率。電功率又分為視在功率、有功功率和無功功率三種。電阻性負載所消耗的功率稱為有功功率,用公式表示為P=UIcosφ=I2R(φ為功率因數角),它的單位用瓦特(W)表示、千瓦(Kw)、兆瓦(Mw)。電抗性負載所消耗的功率稱為無功功率,用公式表示Q=UIsinφ,它的單位是乏(var)、千乏(Kvar)、兆乏(Mvar)。
電壓的有效值與電流的有效值的乘積稱為視在功率,用公式表示為S=UI,它的單位是伏安(VA),千伏安(KVA),兆伏安(MVA)。它們之間,視在功率、有功功率和無功功率之間滿足S2=P2+Q2。功率因數是有些用電器由於存在電感與與電容,如電動機,電容器等。用在交流電路內就會出現感抗與容抗,從而降低了效率。感抗是電流達最大值時,電壓還未達到(根據電感量的大小不同)最大值,可能滯後幾度到九十度之間。電容恰好相反。它們的單獨運用,都會降低做功的效率。但這兩種電器互補,如計算合適時,可以將功率因數提高到接近於1。如老式日光燈,由於鎮流器的存在,功率因數只有.45左右。
如加一個4.75uf的電容後,功率因數可提高到0.85以上。所以在大量使用交流電動機,電抗器,變壓器一類感性負載時。供電部門都要求用戶進行無功補償(用電容移相),以提高用電效率和可供電容量。功率因數是衡量電氣設備效率高低的一個係數,它是交流電路中有功功率與視在功率的比值,即功率因數=有功功率/視在功率,大小與電路的負載性質有關,比如白熾燈、電爐子等電熱性質的設備,功率因數基本為1,而電感設備比如電動機等,功率因數小於1。有功功率和功率因數的關係是:P=UIcosφ,cosφ就是功率因數。在實際操作中,一般電感性質電氣設備的功率因數,我們都是按照cosφ0.8計算。
功率因數低,說明電路中用於交變磁場吞吐轉換的無功功率大,從而降低了設備的利用效率,增加了線路供電損失,所以供電部門對於用電單位的功率因數,都有一定的標準要求。電路中除了電容和電感以外的負載上有一個實實在在的有功功率:P有=[l*(R負載+R線路)]*I=P視*cosθ。有公式:"P視"的平方="P有"的平方+"S"的平方。"P損"分兩部分,一部分是因為P負載正常工作是需要流過電流"I負載","I負載"會造成線路損耗功率"P損1";另一部分是行為電感和電容上的無功功率S引起的線路電流i,i會造成線路損耗功率"P損2"。P有=P負載+P損1+P損2。功率因數:COSθ交流電路中存在電感或電容時,電壓和電流的正弦曲線實際是不同步的,兩者之間存在一個相位差θ的角度。
功率因數就是這個相位差θ角度的餘弦值。另外,補充一點:電路的做功效率ηη=P負載÷P有×100%η和cosθ有明顯區別。η取決於電路線路上的損耗功率;而cosθ取決於電壓和電流的相位差角度θ。