為什麼功率因數會出現負值?

概要：功率因數是衡量電氣設備用電效率的一個重要參數，功率因數低說明電路用於交變磁場轉換的無功功率大，電氣設備的電能利用效率低，線路的供電損耗大，常見都是正值，但現場測試時，會遇到功率因數出現負值或正負跳變，本文就和大家聊聊功率因數為負的常見工況。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201906/401262.htm

參考功率分析儀手冊，可參閱到有功功率P計算是瞬時的電壓電流相乘後求平均

，n為採樣點數，由測量區間決定）。功率因數PF=P/S。其中S為視在功率，且一直為正值，所儀功率因數PF的正負跟隨P的變化，當P為負時，PF也就是負了。

1.發電系統

參考IEC60375標準，功率因數PF=P/S，正負號由有功功率的方向決定。有功功率P和功率因數PF處於四象限運行，指示了測評點的發電/用電特性。當被測負載是發電的，按照IEC標準，位於第二、第三象限時，此時功率因數PF為負值。

圖 1 IEC四象限

2.接線錯誤

現場實測時，若線路電流超過測量儀器本身最大允許的rms和峰值，需要外接傳感器或者電流鉗等擴展測量範圍，傳感器、電流鉗的方向一定要和我們的接線示意圖的方向一致，按照電流從源流向設備，是從源電壓的正極流出，負極流入來接線。若接線人員操作疏忽，接線時電壓或者電流有線接反，就會導致有功功率為負值，功率因數PF也就出現負值了。注意：不外接傳感器，直接測量時，也需注意電壓電流方向，接錯方向也會出現負值。

圖 2 帶電流方向標識傳感器

3. 被測信號本身特性

電壓U、電流I基波頻率不相關時，長期累計平均功率P趨於0，短期內受不同更新周期計算起點影響，累積平均功率不能抵消，不同計算起點累計的正負會有所不同，P會出現正負跳動。PF正負跟隨P，此時PF也會出現正負跳變。U、I波形圖舉例下圖。

圖 3 U和I波形舉例

4.負載因素

負載接近純感性或者純容性，由於儀器本身精度或者外界噪聲會引起U、I相位角在90°附近變化，從而出現P正負跳變。PF正負跟隨P，此時PF也會出現正負跳變。

圖 4 正負跳變

5.接線方式選擇3P3W（3V3A）時，某些相是負值

圖 5 3V3A接線示意圖

3V3A實質為兩瓦特計法，三相總功率為P1+P2（相關推導不在本文講解，可參考往期微信文章《測量三相三線系統的三大誤區》）。

本文以Y型負載為例（針對測量儀器，負載看作一個整體，不論是△或星型都是三根線進去，總功率也是P=P1+P2）,如圖 5 3V3A接線方式，測試的是線電壓和相電流，所以每個輸入單元的電壓和電流的相位角與實際負載的相位角不同。R相電流I1和R-T電壓U13接到一個功率測量單元，計算的功率記為P1=I1•U13；S相電流I2和S-T電壓U23接到一個功率測量單元，功率記為P2=I2•U23；T相電流I3和R-S電壓U12接到一個功率測量單元，計算的功率記為P3=I3•U12。

結合圖7，在三相平衡系統中，電壓為基準，電流超前電壓為正（﹢），電流滯後電壓為負（-）。

l當阻性平衡負載時，U13（URT）和I1（IR）的夾角﹢30°，此時P1＞0；U23（UST）和I2（IS）的夾角-30°，此時P2＞0；U12（URS）和I3（IT）的夾角+90°，P3=0。

l感性平衡負載時，相比阻性電壓超前電流，電壓將逆時針旋轉一定角度α，P3＞0，當α大於60°時加上純阻性時UST超前I2的 30°夾角，共大於90°，則P2＜0。

l容性平衡負載時，相比阻性電壓落後電流，電壓將順時針旋轉一定角度α，P3＜0，當α大於60°時加上純阻性時URT落後I1的 30°夾角，共大於90°，則P1＜0。

圖6 三個線電壓向量由來

圖7三相平衡系統阻性負載向量圖

現場測試時，遇到有功功率為負、功率因數為負、效率為負等情況時，不一定是測量儀器出現了問題，可能和現場測試工況和被測信號等有關。本文幾種常見的功率因數為負情況已和大家分享（現場測試情況不局限以上），希望給您測試測量帶來幫助。