功率因数PF与cosФ的区别

  功率因数PF与cosφ的本质区别在于cosφ仅反映基波中的功率因数，而PF反映的功率因数是同时包含了基波和谐波。

一、PF与cosφ的本质区别

功率因数 (PF)：有功功率（P）与视在功率（S）的比值。这是一个最根本、通用的定义，公式：PF=P/S。衡量电能被负载有效利用的总体效率。

功率因数(cosφ)：在电压和电流均为纯正弦波（无畸变）的理想条件下，φ是基波电压与基波电流之间的相位差角。cosφ就是这个相位差的余弦值。

二、       何时相等？何时不等？

二者的关系wan全取决于电网中是否存在谐波。在线性负载系统（无谐波）时两者相等，负载为纯电阻、电感、电容或其组合（如三相异步电机、变压器）。电流波形是wan美的正弦波，且频率与电压一致，此时PF=cosφ。在此理想状态下，导致电能利用率降低的wei一原因是相位差φ。因此，功率因数wan全由位移因数决定。

当非线性负载系统（含谐波）时两者不相等，负载包含电力电子器件（如变频器、开关电源、LED驱动器等）。这些负载会使电流波形发生畸变，不再是正弦波。这种畸变的波形可以分解为50Hz的基波和频率为基波整数倍的谐波（如150Hz, 250Hz等）。此时，电能利用率低由相位差和波行畸变共同造成。相位差 (φ)：基波电流与基波电压之间的相位差。波形畸变：谐波电流不做功，但会增大总电流的有效值，从而增大了视在功率(S)。

因此，总功率因数(PF)的计算必须考虑谐波对其的影响，公式：PF = cosφ × (I₁ / I)。其中I₁为基波电流有效值；I为包含所有谐波的总电流有效值；I₁/I为畸变因数，其值总是≤1。谐波越严重，该值越小。

在常见的无功补偿控制器中，显示的功率因数值一般是指总功率因数（PF），而电li局计量表则只显示基波功率因数（cosφ）。当系统中存在谐波时，可能导致控制器显示已补偿到位，最终却仍产生力调电费，其主要原因是无功补偿控制器通常仅针对基波无功进行补偿，但谐波过大会降低总功率因数。从而误判为补偿不足，继续投入电容器，造成“过补偿”状态。

此外，尽管电li局计量表显示的功率因数正常，但依旧有可能会有力调电费产生。主要是因为电li局在力调电费结算时会综合考虑谐波无功带来的影响。若谐波占比较高，即使控制器已将基波无功补偿到位，仍有可能因总功率因数不达标而产生力调电费。反之，若谐波占比不大，通常只需将基波无功补偿到位即可避免力调电费。下图为谐波对功率因数下降值的关系：

结论：无论是否含有谐波，始终秉承PF≤cosφ。在不含谐波时，cosφ和PF才会相等；当含有谐波时，cosφ和PF会出现不相等的情况，罪魁祸首就是谐波。当谐波越大时，cosφ和PF两者差值就越大。同时谐波畸变率一旦超过46%，哪怕把基波功率因数补偿到理想值“1”总功率因数也会在谐波的影响下小于0.9，并产生力调电费，这时候只能通过谐波治理来避免力调电费的产生。

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