一、功率因數(shù)的定義
日常所用的交流電在純電阻負(fù)載上的電壓和電流是同相位的,即相位差q = 0°,如圖 1左圖所示;交流電在純電容負(fù)載上的電壓和電流關(guān)系是電流超前電壓90°(q =90°),如圖 1中圖所示;交流電在純電感負(fù)載上的電壓和電流關(guān)系是電流滯后電壓90°(q = -90°),如圖 1右圖所示。
在電阻負(fù)載上的有功功率就是視在功率,即二者相等,所以功率因數(shù)λ=1。而在純電容和純電感負(fù)載上的電流和電壓相位差90°,所以所以功率因數(shù)λ = cos90°=0,即在純電容和純電感負(fù)載上的有功功率為零。
從這里可以看出一個(gè)問題,同樣是一個(gè)電源,對于不同性質(zhì)的負(fù)載其輸出地功率的大小和性質(zhì)也不同,因此可以說負(fù)載的性質(zhì)決定著電源的輸出。換言之,電源的輸出不取決于電源的本身,就像一座水塔的供水水流取決于水龍頭的開啟程度,圖 2
從上面的討論可以看出,功率因數(shù)是表征負(fù)載性質(zhì)和大小的一個(gè)參數(shù)。而且一般說一個(gè)負(fù)載只有一種性質(zhì),就像一個(gè)人只有一個(gè)身份證號碼一樣。這種性質(zhì)的確定是從負(fù)載的輸入端看進(jìn)去,稱為負(fù)載的輸入功率因數(shù)。一個(gè)負(fù)載電路完成了,它的輸入功率因數(shù)也就定了。
比如UPS作為前面市電或發(fā)電機(jī)的負(fù)載而言,比如六脈沖整流輸入的UPS,其輸入功率因數(shù)就是0.8,不論前面是市電電網(wǎng)還是發(fā)電機(jī),比如要求輸入100kVA的視在功率,都需要向前面的電源索取80kW的有功功率和60kvar的無功功率。如果UPS的輸入功率因數(shù)是0.6,就需要向前面的電源索取60kW的有功功率和80kvar的無功功率。像這樣的輸出分配,前面電源是“無權(quán)”決定的。
眾所周知,在很早以前人們穿的鞋子都是由裁縫按照每個(gè)人的尺寸一對一制作的,到了現(xiàn)代由于社會的發(fā)展和分工,出現(xiàn)了很多工業(yè)。比如制鞋工業(yè)需要預(yù)先做出很多鞋子以供社會需要,問題是做多大的鞋子?這就需要事先有個(gè)規(guī)劃,這個(gè)規(guī)劃就來自于社會人群,多數(shù)人的腳是多大,于是就制定出各種大小,也就是多少多少碼。UPS也是這樣,總不能一對一地制造,也要事先根據(jù)當(dāng)前用電器的形式和規(guī)模預(yù)先制造出一批或幾批不同功率因數(shù)和功率規(guī)格的機(jī)器,以備市場現(xiàn)貨銷售。預(yù)先制造出一批或幾批UPS的根據(jù)就是負(fù)載功率因數(shù)。當(dāng)UPS的負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載的輸入功率因數(shù)相等時(shí),就稱為完全匹配,UPS就可輸出全部功率。圖 3顯示出了UPS負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載輸入功率因數(shù)的關(guān)系。