功率因数计算器

计算功率因数、视在功率、无功功率，并估算校正电容器容量以提高电气效率。

Calculate Power Factor

Enter values and click Calculate to see results

关于功率因数

什么是功率因数？

功率因数是一个介于0和1之间的无量纲数，表示电路中电能使用效率。它定义为交流电系统中有功功率(P)与视在功率(S)的比率。

功率因数为1（或100%）表示所有功率都被有效地用于执行工作（纯电阻负载）。功率因数小于1意味着部分功率被浪费，能量在电路中来回流动而不产生有用功。

功率组成部分

有功功率 (P)

实际消耗用于做有用功的功率，单位为瓦特(W)。这是产生热量、光或运动等实际工作的功率。

$$P = V \times I \times \cos\phi \text{ (W)}$$

无功功率 (Q)

在电路中来回流动而不执行工作的功率，单位为乏(VAR)。被电感负载如电机用于创建和维持磁场。

$$Q = V \times I \times \sin\phi \text{ (VAR)}$$

视在功率 (S)

提供给电路的总功率，单位为伏安(VA)。它是有功功率和无功功率的矢量和。

$$S = V \times I \text{ (VA)}$$

如何使用此计算器

此功率因数计算器允许您根据可用测量值，使用三种不同的计算方法确定功率因数和相关值。

根据可用测量值选择计算方法
选择单相或三相系统
输入频率和可用的测量值
对于功率因数校正，输入现有和目标功率因数
点击计算查看结果

为获得最准确的结果，确保所有测量值使用兼容的单位，并在相同电路下相同条件下获取。

计算方法

功率和电流法

使用有功功率、电流和电压的测量值。当您有瓦特计和电流表的直接测量值时非常有用。

功率和电压法与功率因数校正

基于测得的有功功率和现有功率因数计算视在功率和无功功率。还可估算提高到目标功率因数所需的电容量。

视在功率和无功功率法

直接从测得的有功功率、视在功率和无功功率值计算功率因数。当您有功率分析仪的读数时非常有用。

功率三角形解释

功率三角形是交流电路中有功功率(P)、无功功率(Q)和视在功率(S)之间关系的图形表示。它有助于直观理解功率因数作为视在功率和有功功率之间角度的余弦。

$$\text{功率三角形关系：} S^2 = P^2 + Q^2$$

主要关系

三角形的斜边表示视在功率(S)
水平边表示有功功率(P)
垂直边表示无功功率(Q)
S和P之间的角度是相位角φ，其余弦值即为功率因数

功率三角形公式

$$\text{功率因数} = \cos \phi = \frac{P}{S} = \frac{P}{\sqrt{P^2 + Q^2}}$$

$$\text{相位角} = \phi = \cos^{-1}(\text{功率因数}) = \tan^{-1}\left(\frac{Q}{P}\right)$$

$$\text{视在功率} = S = \sqrt{P^2 + Q^2} = \frac{P}{\cos \phi}$$

$$\text{无功功率} = Q = S \times \sin \phi = P \times \tan \phi$$

功率因数校正

功率因数校正是通过向电路添加电容器来提高电气系统的功率因数的过程。这减少了无功功率，从而提高能源使用效率，并可能降低电费。

低功率因数（低于0.9）通常导致电气成本增加，因为公用事业单位可能对功率因数较差的系统收取罚款。提高功率因数还可以减少电气配电系统中的损耗并增加系统容量。

电容公式

$$C = \frac{P(\tan \phi_1 - \tan \phi_2)}{2\pi f U^2} \times 10^6 \text{ (μF)}$$

其中P为有功功率（瓦特），φ₁为现有相位角，φ₂为目标相位角，f为频率（赫兹），U为电压（伏特）。

功率因数校正的好处

降低公用事业费用（许多公用事业对低功率因数收取罚款）
增加电气系统容量
减少配电系统中的功率损耗
改善电压调节和减少电压降

应用和典型值

功率因数在各种电气系统中都是重要考虑因素，特别是在工业和商业环境中，大型电机和其他感应负载很常见。

工业应用

拥有众多电机、变压器和感应设备的工厂，未经校正的功率因数通常在0.7到0.85之间。改善这些值可显著降低运营成本。

商业应用

办公楼、购物中心和医院的功率因数通常在0.8到0.95之间，取决于安装的照明和暖通空调设备类型。

常见负载类型

不同的电气设备具有不同的固有功率因数。电阻负载如加热元件具有接近完美的功率因数，而未经校正的感应负载如电机和荧光照明则具有较低的功率因数。

典型功率因数值

负载类型	典型功率因数
电阻加热元件	1.0
白炽灯照明	1.0
荧光灯（未校正）	0.5-0.7
电动机（满载）	0.7-0.9
变压器（满载）	0.8-0.9

常见问题

为什么低功率因数有问题？

低功率因数意味着电气设备为完成实际工作而消耗过多电流。这种多余电流导致配电系统中额外损失，可能使变压器和导体超载，并通常导致公用事业公司额外收费。

如何知道我是否需要功率因数校正？

如果您的电费比预期高（特别是有功率因数罚款）、电气设备过热、出现电压降或断路器频繁跳闸，则可能需要功率因数校正。使用功率分析仪测量功率因数可确认是否需要校正。

什么是好的目标功率因数？

大多数公用事业公司认为0.95或更高的功率因数是可接受的。许多工业设施的目标功率因数在0.95到0.98之间，因为实现接近1.0的功率因数的成本往往超过额外收益。

功率因数能否大于1？

不能，功率因数不能超过1（或100%）。功率因数为1代表完美效率，即从电源获取的所有电力都转化为有用工作。

功率因数校正电容器如何定型和安装？

电容器的大小基于达到所需功率因数所需的无功功率(kVAR)确定。它们可安装在单个设备上（分散式）、配电盘上（组补偿）或主服务入口处（集中式补偿）。安装应由了解电气系统和潜在共振问题的合格电工执行。