作为一个交流电路,其交流电源的容量是一定的,其大小是用视在功率S=IU来表示的。由于不同的交流电路其负载参数(R、L、C)是不同的,因此电路中电压和电流的相位差也不同。于是,电路中的负载就不可能完全吸收电源的视在功率,其可利用的功率就是有功功率P仅是视在功率S的一部分,这就涉及到交流电源的利用率问题,功率因数就是反映这种利用率大小的物理量。在单相交流电路中,已知单相交流电路的功率因数COSφ的概念是有功功率P与视在功率S的比值,即:COSφ=P/S
这对三相交流电路同样也是适用的,只是此时的COSφ是指三相交流电路的功率因数,P和S是指三相交流电路总的有功功率和总的视在功率。由此可见,功率因数越大,表示电路中用电设备的有功功率越大,也就是电源的利用率越高。
负载的功率因数低,会引起以下不良后果,主要表现有两个方面:
(1)电力系统和用电企业的设备不能被充分利用。因为电力系统内的发电机和变压器等设备,在正常情况下,不允许长期超过额定电压和额定电流运行。所以当电压和电流都已达到额定值时,功率因数低便造成设备有功功率的输出较少。同样容量的设备,功率因数越低,其输出的有功功率就越少。
(2)引起电力系统电能损耗增大和供电质量降低。对输电和配电线路来说,线路中的损耗与电流大小的平方成正比,当输送同样大小的有功功率P=IUcosφ时,功率因数cosφ越低,输电线路中的电流I=P/Ucosφ就越大,而线路的电能损耗是与电流的平方成正比增加的。
另外,当功率因数降低,线路电流增大时,势必造成线路中电压降增大,这将导致线路末端的电压降低。若要满足末端用户电压要求,则线路始端的电压就要升高,从而会使整个线路的供电质量降低。
从以上两方面来看,提高用电功率因数是非常必要的,它不但可以提高电力系统和用电企业设备的利用率,做到在同样发电设备条件下,提高发电能力。而且可以减小电能损耗和提高用电质量,它是节约用电的一项很重要的技术措施。