为什么功率因数会出现负值？

概要：功率因数是衡量电气设备用电效率的一个重要参数，功率因数低说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，电气设备的电能利用效率低，线路的供电损耗大，常见都是正值，但现场测试时，会遇到功率因数出现负值或正负跳变，本文就和大家聊聊功率因数为负的常见工况。

参考功率分析仪手册，可参阅到有功功率P计算是瞬时的电压电流相乘后求平均

，n为采样点数，由测量区间决定）。功率因数PF=P/S。其中S为视在功率，且一直为正值，所仪功率因数PF的正负跟随P的变化，当P为负时，PF也就是负了。

1.发电系统

参考IEC60375标准，功率因数PF=P/S，正负号由有功功率的方向决定。有功功率P和功率因数PF处于四象限运行，指示了测评点的发电/用电特性。当被测负载是发电的，按照IEC标准，位于第二、第三象限时，此时功率因数PF为负值。

图 1 IEC四象限

2.接线错误

现场实测时，若线路电流超过测量仪器本身最大允许的rms和峰值，需要外接传感器或者电流钳等扩展测量范围，传感器、电流钳的方向一定要和我们的接线示意图的方向一致，按照电流从源流向设备，是从源电压的正极流出，负极流入来接线。若接线人员操作疏忽，接线时电压或者电流有线接反，就会导致有功功率为负值，功率因数PF也就出现负值了。注意：不外接传感器，直接测量时，也需注意电压电流方向，接错方向也会出现负值。

图 2 带电流方向标识传感器

3. 被测信号本身特性

电压U、电流I基波频率不相关时，长期累计平均功率P趋于0，短期内受不同更新周期计算起点影响，累积平均功率不能抵消，不同计算起点累计的正负会有所不同，P会出现正负跳动。PF正负跟随P，此时PF也会出现正负跳变。U、I波形图举例下图。

图 3 U和I波形举例

4.负载因素

负载接近纯感性或者纯容性，由于仪器本身精度或者外界噪声会引起U、I相位角在90°附近变化，从而出现P正负跳变。PF正负跟随P，此时PF也会出现正负跳变。

图 4 正负跳变

5.接线方式选择3P3W（3V3A）时，某些相是负值

图 5 3V3A接线示意图

3V3A实质为两瓦特计法，三相总功率为P1+P2（相关推导不在本文讲解，可参考往期微信文章《测量三相三线系统的三大误区》）。

本文以Y型负载为例（针对测量仪器，负载看作一个整体，不论是△或星型都是三根线进去，总功率也是P=P1+P2）,如图 5 3V3A接线方式，测试的是线电压和相电流，所以每个输入单元的电压和电流的相位角与实际负载的相位角不同。R相电流I1和R-T电压U13接到一个功率测量单元，计算的功率记为P1=I1•U13；S相电流I2和S-T电压U23接到一个功率测量单元，功率记为P2=I2•U23；T相电流I3和R-S电压U12接到一个功率测量单元，计算的功率记为P3=I3•U12。

结合图7，在三相平衡系统中，电压为基准，电流超前电压为正（﹢），电流滞后电压为负（-）。

l当阻性平衡负载时，U13（URT）和I1（IR）的夹角﹢30°，此时P1＞0；U23（UST）和I2（IS）的夹角-30°，此时P2＞0；U12（URS）和I3（IT）的夹角+90°，P3=0。

l感性平衡负载时，相比阻性电压超前电流，电压将逆时针旋转一定角度α，P3＞0，当α大于60°时加上纯阻性时UST超前I2的 30°夹角，共大于90°，则P2＜0。

l容性平衡负载时，相比阻性电压落后电流，电压将顺时针旋转一定角度α，P3＜0，当α大于60°时加上纯阻性时URT落后I1的 30°夹角，共大于90°，则P1＜0。

图6 三个线电压向量由来

图7三相平衡系统阻性负载向量图

现场测试时，遇到有功功率为负、功率因数为负、效率为负等情况时，不一定是测量仪器出现了问题，可能和现场测试工况和被测信号等有关。本文几种常见的功率因数为负情况已和大家分享（现场测试情况不局限以上），希望给您测试测量带来帮助。