交流电路功率因数的提高

（1）进一步掌握正弦交流电路中各元件上电压、电流的相位关系。

（2）学习功率表和功率因数表的正确使用方法。

（3）了解交流电路功率因数提高的意义。

1．电路的功率因数

在正弦交流电路中，电源设备的容量用视在功率S＝UI表示。在计算交流电路的平均功率时，还需考虑电压与电流间的相位差。用电设备（即负载）吸收的有功功率P并不等于UI，而是P＝UIcosφ，其中φ是负载电压与电流的相位差，称为功率因数角，cosφ称为电路的功率因数。当电源设备的视在功率S一定时，功率因数cosφ越小，则输出的有功功率就越小，电源设备的容量就不能充分利用。同样，负载的有功功率P和电压U一定时，功率因数cosφ越高，从电源到负载之间的输电线路中的电流I就越小，在输电线路上的损耗也就越低。所以，提高功率因数对电力系统的运行十分重要，有很大的经济意义。

在用电设备中，只有在电阻负载情况下，电压与电流同相，功率因数cosφ＝1；而实际用电设备中电感性负载（电阻负载与纯电感负载串联）居多。图1-6-1所示为RL串联电路，图1-6-2所示为RL串联电路相量，图中电压与电流的夹角φ就是功率因数角。从相量图中可以直观地看出，当电压U值的大小不变时，功率因数角φ越大，则电路的有功功率URI就越小。

2．提高功率因数的方法

如果在RL串联（感性负载）电路的输入端并联一个电容，就得到如图1-6-3所示的RLC串并联电路，图1-6-4所示为RLC串联电路相量，表示电路中各个电压与电流的相量关系。电路的总电流I与电压U之间的相位角φ（功率因数角）变小了，即功率因数提高了。在有功功率不变的情况下，电路的总电流I变小了。

图1-6-3　RLC串并联电路

可见，要提高供电电路的功率因数，可以在电感负载两端并联一个电容进行补偿，但补偿电容必须合理选择。一方面，从经济角度来看，大电容的价格较高；另一方面，从图1-6-4所示的相量图中可以看出，电容太大，电路性质可能会呈现容性，反而使功率因数降低。

图1-6-4　RLC串并联电路相量

（1）图1-6-5所示为提高电路功率因数的参考电路，按图接线。

图1-6-5　提高电路功率因数的参考电路

测量不并联电容时的电源电压U、电感两端电压UL、电阻两端电压UR、电路电流I、电路的有功功率P，将测量数据记录在表1-6-1中，并计算电路的功率因数。

表1-6-1　不并联电容时电路的功率因数

（2）图1-6-6所示为电路功率因数可调的参考电路，按图接线。

图1-6-6　电路功率因数可调的参考电路

当改变并联电容的大小时，重新测量电源电压U、电路的总电流I、各支路的电流IC和IRL、电路的有功功率P，将测量数据记录在表1-6-2中，并计算相应的功率因数。

表1-6-2　并联电容后电路的功率因数

（1）阅读有关功率测量的内容，了解功率表的原理和使用方法。

（2）简述电感性电路的工作原理，理解提高电路功率因数的方法。

（3）在感性电路中，为什么常用并联电容的方法来提高功率因数，而不用电感与电容串联的方法？电路的最佳补偿电容值为多少？为什么必须使用400V以上耐压的电容器？

（4）当改变并联电容的大小时，电路的功率因数如何改变？

（5）记录所测得的实验数据，按比例画出电源电压、电感支路电流、电容支路电流和总电流之间的相量图。