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為什么功率因數會出現負值?

作者:時間:2019-06-05來源:電子產品世界收藏

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于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.crmfjg.tw/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后求平均

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,n為采樣點數,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處于四象限運行,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,位于第二、第三象限時,此時功率因數PF為負值。

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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范圍,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。

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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趨于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。

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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,由于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。

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圖 4 正負跳變

5.接線方式選擇3P3W(3V3A)時,某些相是負值

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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(﹢),電流滯后電壓為負(-)。

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大于60°時加上純阻性時UST超前I2的 30°夾角,共大于90°,則P2<0。

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

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圖6 三個線電壓向量由來

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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。



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