功率因數(shù)PF與cosφ的本質(zhì)區(qū)別在于cosφ僅反映基波中的功率因數(shù)，而PF反映的功率因數(shù)是同時包含了基波和諧波。

一、PF與cosφ的本質(zhì)區(qū)別

功率因數(shù) (PF)：有功功率（P）與視在功率（S）的比值。這是一個最根本、最通用的定義，公式：PF=P/S。衡量電能被負載有效利用的總體效率。

功率因數(shù)(cosφ)：在電壓和電流均為純正弦波（無畸變）的理想條件下，φ是基波電壓與基波電流之間的相位差角。cosφ就是這個相位差的余弦值。

二、何時相等？何時不等？

二者的關系完全取決于電網(wǎng)中是否存在諧波。在線性負載系統(tǒng)（無諧波）時兩者相等，負載為純電阻、電感、電容或其組合（如三相異步電機、變壓器）。電流波形是完美的正弦波，且頻率與電壓一致，此時PF=cosφ。在此理想狀態(tài)下，導致電能利用率降低的唯一原因是相位差φ。因此，功率因數(shù)完全由位移因數(shù)決定。

當非線性負載系統(tǒng)（含諧波）時兩者不相等，負載包含電力電子器件（如變頻器、開關電源、LED驅(qū)動器等）。這些負載會使電流波形發(fā)生畸變，不再是正弦波。這種畸變的波形可以分解為50Hz的基波和頻率為基波整數(shù)倍的諧波（如150Hz, 250Hz等）。此時，電能利用率低由相位差和波行畸變共同造成。相位差 (φ)：基波電流與基波電壓之間的相位差。波形畸變：諧波電流不做功，但會增大總電流的有效值，從而增大了視在功率(S)。

因此，總功率因數(shù)(PF)的計算必須考慮諧波對其的影響，公式：PF = cosφ × (I? / I)。其中I?為基波電流有效值；I為包含所有諧波的總電流有效值；I?/I為畸變因數(shù)，其值總是≤1。諧波越嚴重，該值越小。

在常見的無功補償控制器中，顯示的功率因數(shù)值一般是指總功率因數(shù)（PF），而電力局計量表則只顯示基波功率因數(shù)（cosφ）。當系統(tǒng)中存在諧波時，可能導致控制器顯示已補償?shù)轿?，最終卻仍產(chǎn)生力調(diào)電費，其主要原因是無功補償控制器通常僅針對基波無功進行補償，但諧波過大會降低總功率因數(shù)。從而誤判為補償不足，繼續(xù)投入電容器，造成“過補償”狀態(tài)。

此外，盡管電力局計量表顯示的功率因數(shù)正常，但依舊有可能會有力調(diào)電費產(chǎn)生。主要是因為電力局在力調(diào)電費結(jié)算時會綜合考慮諧波無功帶來的影響。若諧波占比較高，即使控制器已將基波無功補償?shù)轿唬杂锌赡芤蚩偣β室驍?shù)不達標而產(chǎn)生力調(diào)電費。反之，若諧波占比不大，通常只需將基波無功補償?shù)轿患纯杀苊饬φ{(diào)電費。下圖為諧波對功率因數(shù)下降值的關系：

結(jié)論：無論是否含有諧波，始終秉承PF≤cosφ。在不含諧波時，cosφ和PF才會相等；當含有諧波時，cosφ和PF會出現(xiàn)不相等的情況，罪魁禍首就是諧波。當諧波越大時，cosφ和PF兩者差值就越大。同時諧波畸變率一旦超過46%，哪怕把基波功率因數(shù)補償?shù)嚼硐胫怠?”總功率因數(shù)也會在諧波的影響下小于0.9，并產(chǎn)生力調(diào)電費，這時候只能通過諧波治理來避免力調(diào)電費的產(chǎn)生。

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審核編輯 黃宇