功率因数表的结构与工作原理及示波图法测量功率因数
功率因数表的工作原理
功率因数表的工作原理功率因数表是一种能够检测和测量电路中功率因数的仪器设备。
其主要原理是基于交流电路中的基本关系式：电流I、电压V和功率P 之间的关系P=VIcosθ。
其中，θ表示电路中的功率因数。
功率因数表的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 测量电路中的电压和电流值功率因数表的首要任务就是测量电路中的电压和电流值。
为了确保测量的准确性，功率因数表通常配备有高精度电流互感器和电压测量器。
电流互感器能够将电路中的电流转换成相应的电压信号，而电压测量器则能够精确测量电路中的电压值。
2. 计算电路中的功率和功率因数当功率因数表测量到电压和电流值后，它就能够根据上述的基本关系式计算出电路中的功率和功率因数。
具体而言，功率因数表会将电路中的电流I和电压V相乘得到电路中的实际功率P，然后再将实际功率P除以电流I和电压V的乘积得到功率因数cosθ。
3. 显示测量结果功率因数表最后一步的工作就是将测量结果直观地展示给用户。
通常，功率因数表会配备液晶显示屏，以便用户能够直观地看到电路中的电压、电流、实际功率和功率因数。
此外，有些功率因数表还会具备储存和回放测量数据的功能，以便用户在需要时能够随时查看测量结果。
需要注意的是，功率因数表在测量功率因数时，需要保证被测电路中只有电阻性负载，不能有电感性负载和电容性负载。
否则，由于电感性负载和电容性负载会使电路中的功率因数变化，进而影响测量结果的准确性。
总之，功率因数表是一种通过测量电路中的电压和电流值，并根据基本关系式计算出电路中的功率和功率因数的仪器设备。
其重要作用在于帮助用户评估电路中的能效和安全性，以及及时发现可能存在的问题。
电路基础实验实验-功率因数及相序的测量
实验十四功率因数及相序的测量执笔人：实验成员：班级：自动化二班实验十四功率因数及相序的测量一、实验目的1.掌握三相交流电路相序的测量方法。
2.熟悉功率因数表的使用方法，了解负载性质对功率因数的影响。
二、原理说明图14-1为相序指示器电路，用以测定三相电源的相序A、B、C （或U、V、W）。
它是由一个电容器和两个瓦数相同的白炽灯联接成的星形不对称三相负载电路。
如果电容器所接的是A相，则灯光较亮的是B相，较暗的是C相。
（相序是相对的，任何一相均可作为A相，但A相确定后，B相和C相也就确定了）。
图14-1为了分析问题简单起见设X C ＝R B ＝R C ＝R ； U A ＝0∠U P ＝U P ，则()()()()()()()()相灯光较亮。
，故由于B U U U UP Uc U j U j U jU U Uc Uc U U U U j U j U jU U U U C B P P P P N N P B P P P P N N B B ''P0.4266.03.0'4.1384.0266.03.06.02.02321'' 1.49466.13.0'6.10149.1466.13.06.02.02321'22P22' =+=-∠=--=+--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-==+=-∠=--=+--⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=-=三、实验设备RR jR R j U R j U jR U U P P P NN 11112321123211'++-⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=四、实验内容1.相序的测定(1) 按图1 接线，取15W/220~V白炽灯两只，4.7μf/450V 电容器一只，经三相调压器接入线电压为~的三相交流电源，观察两100V只灯泡明亮状态，判断三相交流电源的相序。
答：接通电源后，观察发现两个灯泡中R比C R更亮，说明当把A UB作为A相时，R所接的电源B U为B相，C R所接的电源C U为C相。
功率因数表的工作原理
功率因数表的工作原理功率因数表是一种用于测量电路中功率因数的仪器。
在电路中，功率因数是指实际功率与视在功率的比值，它反映了电路中电能的利用效率。
功率因数表的工作原理是基于电路中的电流、电压和相位角的测量。
功率因数表通常由一个电流表和一个电压表组成，它们通过一个电路板连接在一起。
当电路中有电流流过时，电流表会显示出电路中的电流大小。
当电路中有电压时，电压表会显示出电路中的电压大小。
这两个表的读数可以用来计算出电路中的视在功率。
视在功率是电路中电能的总量，它包括有功功率和无功功率。
有功功率是电路中真正用于做功的电能，它可以用来驱动电动机、加热器等负载。
无功功率是电路中的电能在电容器和电感器之间交换的电能，它不能直接用于驱动负载，但是它对电路的稳定性和效率都有着重要的作用。
功率因数是有功功率与视在功率的比值。
当电路中只有有功功率时，功率因数为1，这代表电路中的电能全部用于做功。
当电路中有无功功率时，功率因数会降低，这代表电路中有一部分电能被浪费在电容器和电感器之间的互相转换中。
为了测量功率因数，功率因数表需要测量电路中的相位角。
相位角是电流和电压之间的相位差，它反映了电路中电流和电压之间的关系。
当电路中只有有功功率时，相位角为0，这代表电流和电压是完全同步的。
当电路中有无功功率时，相位角会偏离0度，这代表电流和电压之间存在相位差。
功率因数表通过测量电路中的相位角来计算出功率因数。
它使用一个相位差计算器来测量电流和电压之间的相位差，并将结果显示在一个数字显示器上。
这个数字表示相位差的角度，它可以用来计算出功率因数。
功率因数表的读数可以告诉我们电路中电能的利用效率，它对电路的设计和维护都有着重要的作用。
总之，功率因数表是一种用于测量电路中功率因数的仪器。
它通过测量电流、电压和相位角来计算出功率因数，从而反映电路中电能的利用效率。
功率因数表对于电路的设计和维护都有着重要的作用，它可以帮助我们优化电路的性能，提高电能的利用效率。
功率因数表
类型
类型
常见的功率因数表类型有以下四种： (1)电动系功率因数表，如国产型等。这种仪表由于功率消耗大√受外界磁场影响大，故多做成携带型供现 场使用。 (2)铁磁电动系功率因数表，如、、型，这种表多做成开关板式作固定测量用。 (3)电磁系功率因数表，如、、型等，也多做成开关板式作固定测量用。 (4)变送式功率因数表，如、等型，也都做成安装式的。
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功率因数表
测量交流电路中有功功率与视在功率的比值
01 简介
目录
02 类型
03 误差
04 注意事项
05 常见故障解决
基本信息
功率因数表是指测量交流电路中有功功率与视在功率的比值，或测量电压、电流间相位角余弦的电表。常见 的有电动系、铁磁电动系、电磁系和变换嚣式功率因数表。
简介
简介
功率因数表是用来测量交流电路中电压、电流矢量角的相位角差或线路的功率因数的一种仪表，属铁磁电动 式测量仪表。仪表主要由电压线圈、电流线圈、铁芯、仪表盘、指针组成。
功率因数表的电压、电流量限要与被测电路的电压、电流相匹配。功率因数表的接线与功率表相似。被测线 路的频率要符合功率因数表的使用频率范围，并注意电源的相序。
功率因数表常应用于电容补偿配电屏上。当功率因数滞后时投入补偿电容，当功率因数超前即过补偿时切除 电容，从而使功率因数控制在合理范围内。
功率因数表和电压表、电流表的指示刻度不同的是，它的表盘上没有0位指示数值，而且表针经常指示在中 间位置1因数表不走的故障原因及检修方法如下。 (1)仪表控制线路有断线处。检查断线处，并接通断线点。 (2)电流互感器二次侧连接点有断线处。检查电源，认真检查二次侧断路点，并接通二次侧线路。 (3)电压互感器二次侧断路或短路。更换短路的电压互感器或修复再用。 (4)电源电压熔丝熔断。更换熔丝。 (5)电能表游丝卡住，表盘摩擦阻力大。打开电能表更换游丝，校准表盘。 (6)电能表内部电流线圈或电压线圈损坏。更换损坏的线圈。 2、功率因数表指示不准的故障原因及检修方法如下。 (1)电压线圈相位接错。对照功率表或功率因数表接线图重新纠正电压线圈的相位接法。 (2)电压互感器未按规定变压比连接。检查电能表，按规定变压比使互感器与电能表连接。 (3)电流线圈相位接错。注意电流线圈接入电能表的相位顺序，严格按照正确接线方法重新连接电流线圈。
功率因数表原理
功率因数表原理功率因数表是用来测量电路中功率因数的仪器。
功率因数是描述交流电路中有功功率与视在功率之间关系的一个参数。
在实际应用中，了解和掌握功率因数对于电路运行和效率的优化非常重要。
一、什么是功率因数？功率因数是指电路中有功功率与视在功率之间的比值。
有功功率是电路中实际产生的功率，而视在功率是电路中电流和电压的乘积。
功率因数的取值范围在0到1之间，当功率因数为1时，表示电路中的有功功率和视在功率相等，此时电路的功率利用率最高；当功率因数小于1时，表示电路中有一部分能量被浪费，电路的功率利用率较低。
二、功率因数的影响1. 电网损耗：功率因数低会导致电网输电损耗增加，造成电网能源浪费。
2. 电力设备寿命：功率因数低会使电力设备的温升增加，影响设备的寿命。
3. 系统电压稳定性：功率因数低会导致电压波动，影响电力系统稳定运行。
4. 电力质量：功率因数低会引起电力谐波污染，影响电力质量。
三、功率因数表的原理功率因数表原理是基于功率三角的计算方法。
功率三角是指以有功功率、视在功率和无功功率为三个边长的三角形。
根据勾股定理，可以得到功率因数的计算公式：功率因数=有功功率/视在功率。
功率因数表通过测量电路中的电流和电压来计算功率因数。
它包含一个电流线圈和一个电压线圈。
当电流通过电流线圈时，产生一个磁场，而当电压通过电压线圈时，也产生一个磁场。
这两个磁场的相互作用会导致一个力矩，使得指针在表盘上移动。
根据力矩的大小和方向，可以确定功率因数的值。
四、功率因数表的使用功率因数表通常用于工业生产中的电力负载管理和能效评估。
通过使用功率因数表，可以实时监测电路中的功率因数，并对电路进行调整，以提高功率因数，减少能源浪费。
在使用功率因数表时，需要注意以下几点：1. 测量前应确保电路正常运行，不要有任何故障或漏电现象。
2. 正确连接电流线圈和电压线圈，保证测量的准确性。
3. 在测量过程中，应保持电路的稳定状态，避免干扰或波动对测量结果的影响。
功率因数表原理
功率因数表原理
功率因数指有功功率和视在功率的比值，一般用符号λ表示，即：λ=P/S.在正弦交流电路中，功率因数等于电压与电流之间的相位差（ψ）的余弦值，用符号COSψ表示。
此时，COSψ=λ。
功率因数表是指单相交流电路或电压对称负载平衡的三相交流电路中测量功率因数的仪表。
常见的功率因数表有电动系、铁磁电动系、电磁系和变换器式等几种。
功率因数表原理
功率因数表又称相位表，按测量机构可分为电动系、铁磁电动系和电磁系三类。
根据测量相数又有单相和三相。
现以电动系功率因数表为例分析其工作原理，如图11-8所示。
图中A为电流线圈，与负载串联。
B1，B2为电压线圈与电源并联。
其中电压线圈B2串接一只高电阻R2，B1串联一电感线圈。
功率表讲解全解
K1 I1 I 2 KI1 I 2 D
K1 I1 I 2 D
仪表的转动转矩 通入直流时，M=k1I1I2 通入交流时，
M=k1I1I2cos
i1和i2的 有效值 结论: 指针偏转的角度与两个电流 (对交流为有效值)的乘积成正比。 i1和i2之间 的相位差
功率表
功率表简介
功率表是电动系仪表，用于直流电路和交 流电路中测量电功率，其测量结构主要由固定 的电流线圈和可动的电压线圈组成，电流线圈 与负载串联，反映负载的电流；电压线圈与负 载并联，反映负载的电压。功率表有低功率因 数功率表和高功率因数功率表。
电动系仪表的结构
1. 结构 有两个线圈：
固定线圈和可
对于三相三线制， i A iB iC 0 代入上式得：
p12 p1 p2 uAi A uB iB uC iC pA pB pC p
式中： p12—由PW1、PW2二个功率表测出的瞬时功率之和； pΣ—三相总功率瞬时值。 两功率表对应的瞬时功率之和，等于三相总的瞬时功率。
动线圈。
可动线圈与 指针及空气阻尼 器的活塞都固定 在轴上。
功率表原理
这种电表测量机构的转动 力矩M与I1I2cosθ 有关﹐I1 为静圈电流，I2为动圈电流 ﹐θ 为两电流相量间夹角。 使负载电流I通过静圈﹐即 I1=I。将负载电压加于动圈 及与动圈串联的大电阻R上 ﹐则动圈中电流I2=U/R。 这样θ =φ ﹐而转动力矩 M=k*UIcosφ ﹐这反映了 功率P的大小。
实验室中用到两种型号的功率表： D34—W型功率表，属于低功率因数功率表， cosφ =0.2； D51型功率表，属于高功率因数功率表， cosφ =1。
功率表讲解ppt课件
22
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PP1P2P3
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功率表
1
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功率表简介
功率表是电动系仪表，用于直流电路和交 流电路中测量电功率，其测量结构主要由固定 的电流线圈和可动的电压线圈组成，电流线圈 与负载串联，反映负载的电流；电压线圈与负 载并联，反映负载的电压。功率表有低功率因 数功率表和高功率因数功率表。
2
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电动系仪表的结构
p2 uBC iB
对于星形接法的负载有
uAC uA uC
式中
uAC、uBC—线电 压瞬时值； uA、uB、uC—相 电压瞬时值。
uBC uB uC
IA A
PW 1
B
IB
R ad
PW 2
U AC
U BC
R ad
C
ZA
ZB ZC
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ppt课件.
p12 p1 p2 uAC iA uBC iB (uA uC )iA (uB uC )iB uAiA uBiB (iA iB )uC
功率表测出的是功率平均值，两功率表平均 功率之和也等于三相总的平均功率。
P
1 T
T 0
(
pA
pB
pC
)dt
1 T
T
0 ( p1 p2 )dt
1
T
T
0 (uAC iA uBC iB )dt
U AC I A cos(U& AC I&A ) UBC IB cos(U& BC I&B )
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功率因数表的结构与工作原理及示波图法测量功率因数
摘要:本文主要描述测量功率因数的方法，介绍相关仪表的结构及其工作原理，在测量功率因数时产生误差的因素。
现在常见的是采用单片机测量功率因数，说明它的工作原理。
阐述通过示波图测量功率因数的方法。
关键字:功率因数机械式电子式
1.功率因数的定义
在交流电路中，电压(U)与电流(I)之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cos Φ=P/S。
在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。
但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。
有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以cosΦ表示，其实最简单的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差，得出的结果就是功率因数。
功率因数也可以由电路中纯阻值与总阻抗的比值求得。
在实际电路中由于有电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等)等感性负载,使功率因数降低即产生了无功功率.无功功率使得电能没有全部转化为人们所用（即有功功率），而有一部分损耗（即无功功率）。
也就是因为感性负载的存在，造成了系统里的一个KVAR 值，视在功率、有功功率、无功功率三者是一个三角函数的关系：KVA2=KW2+KVAR2
功率因数一般用仪表测量，有机械式功率因数表，电子式功率因数表。
也可以通过示波图测量，以下分别阐述他们的结构与工作原理。
2.机械式功率因数表的结构及工作原理
单项功率因数表一般用于单相交流电路或使用对称负载平衡的三相交流电路中。
单相表在频率不同时会影响读数准确性。
常见机械式功率因数表一般有电动式，铁磁电动式，电磁式和变换器式几种。
现在以单相功率因数表为例来介绍机械式功率因数表的原理：
见图一，其可动部分由两
个互相垂直的动圈组成。
动圈
1与电阻器R串联后接以电压
U,并与通以负载电流I的固
定线圈（静圈）组合，相当于
功率表，从而使可动部分受到
一个与功率UI cosφ和偏转
角正弦sinα的乘积成正比的
力矩M1， M1=K1UIcosφsin
α。
K1为系数，cosφ为负载
功率因数。
动圈2与电感器L（或电容器C）串联后接以电源电压U，并与静圈组合，相当于无功功率表，从而是可动部分受到一个与无功功率UIsinφ和偏转角余弦cosα的乘积成正比的力矩M2,M2=K2UIsinφ; cosα，K2为系数。
对纯电阻负载,φ＝0°,M2=0，电表可动部分在M1的作用下,指针转到φ＝0°即cosφ＝1的标度处。
对纯电容负载,φ=90°,M1=0,电表可动部分在M2的作用下,指针逆时针转到φ＝90°即cosφ＝0（容性）的标度处。
对纯电感负载，由于静圈电流I及力矩 M2改变了方向，电表可动部分在M2的作用下，指针顺时针转到φ＝90°即cosφ＝0（感性）的标度处。
对一般负载,在力矩M1和M2的作用下，指针转到相应的cosφ值的标度处。
应用电动系单相功率因数表可用来测量单相电路的功率因数，也可用来测量中点可接的对称三相电路的功率因数，这时电表的电压端应接相电压。
对中点不可接的对称三相电路，可采用三相功率因数表来测量。
机械式单相功率因数表分别有电流接线端和电压接线端。
当测量功率因数时，需要把相电压接入功率因数表中，如果电压高于输入电压的最高量程，还需要采用分压电阻使采集的相电压满足输入的要求。
同时电流端也要接入线路中，试验设备是通过电流互感器的二次侧接入功率因数表中的。
和大多数机械表相同，测量精度较高的范围是在总量程的30%-80%范围内，同时为了准确测量功率因数，要使功率因数表指针稳定也需要线路通电较长时间。
而在转动力矩很小、功率因数低的情况下，仪表本身的损耗、角误差（电压
线圈中电流滞后其端电压的相位差所引起的误差）以及轴承和轴尖之间的磨擦等，都会给测量结果带来不容许的误差。
所以，在测量较低的功率因数时，机械表就不能满足要求了。
3. 电子式功率因数表的结构及工作原理
随着社会的发展与工厂的更新，传统的机械式功率功率因数表已经不能满足用户的要求了，同时伴随着PLC的发展，自动化的进程，需要实时检测功率因数，此时基于单片机的测量仪表应运而生，下面简述一下电子式功率因数表的工作原理。
在电路设计中，若以电路的A
相为例，测量A相的功率因数。
首
先要把A相相电流和相电压的采
样信号放大后，再进行上升沿过
零触发，即可得到反映相位的方
波信号，从而得到如图2所示的一
组波形。
从上到下分别为相电压
与相电流的正弦波、相电压与相
电流的上升沿时间差。
从图2可以看出，Ф角的大小
和IA与UA上升沿过零的时间差τ具有线性对应关系。
设T为正弦波的周期，则τ和T 满足下面的表达式：
纯阻性负载：τ=O
感性负载：τ=O-T/4 纯感性时：τ=T/4
容性负载：τ=-T/4～O 纯容性时：τ=-T/4
从以上分析可以得出，只要测得时间差T，便可得到相位差角
Ф=(τ/T)*360
在硬件方面电子式功率因数表和机械式仪表一样，也是通过电能转换元件(如变压器、线性电阻)将电压、电流互感器输出的高压交流信号转换成峰值为5V 的低压交流信号，然后用过零比较电路（过零比较电路的作用是将交流信号转化为方波信号，可以把运算放大器当成简单的比较器来用，同相输入端接正弦波信
号，反相端接地即可）,然后接到单片机的高速输入接口HSI (High-speed input interface,HSI的作用是检测输入信号的周期，频率，占空比).然后再通过公式计算便可以得到实时的功率因数。
电子式功率因数表的另一种工作原理是通过测量电压与电流的峰值，通过公式转化从而计算出功率因数，具体方法此处不阐述了。
当然电子功率因数表也有不足之处。
工业生产中电网电压和负载电流的波动很大，加之半导体器件的非线性因素，因此对仪表的检测误差还是有影响的，但与传统的电动式相位表比较。
结构大为简化，消耗功率极小。
只要采用相应措施，会使误差大为减少，基本能检测出不同性质负载下的功率因数。
4.示波图法测量功率因数
由于试验线路的变化，机械式与电子式功率因数表已不能满足测量需要。
试验站一般是通过示波图来测量试验线路的功率因数。
概括一下有5种方法来确定交流通断能力试验回路的功率因数，包括直流分量法，冲击系数法，相角差法，低压推算法，直读法。
低压推算法和直读法与测试系统无关，所以只有以上三种方法使用。
第一，对大电流通断试验特别是预期波试验由于在低压侧合闸几乎不可行，试验站多采用高合高分，因而无法采用相角差法。
第二，冲击系数法需要在电压零角度附近合闸，若试验站无选相开关，亦无法采样，即便有选相开关，一个预期波也要三次试验方可测出三相功率因数，只适合于功率因数不小于0.35的回路。
第三，直流分量法虽然不要求选项合闸，但是要求波形含直流分量。
这是一比较可行的方法，但是遗憾的是和上边的方法一样只适于功率因数不小于0.35的回路。
第四，当回路功率因数大于0.35时，如何在示波图上确定回路功率因数，以目前的IEC及国家标准均无法解决，或是只得使用低压法确定回路功率因数。
在试验中，分别调节数据采集器的隔离放大器，积分器，使之量程满足试验电流的大小。
触发采集按钮，采集三相电流波形，通过拟合法分别可以测量出三相电路的功率因数。
三相电路的每相功率因数可能略有不同，但通过微调阻抗使之处于国家标准的规定范围内。
CY2007中提出的拟合法可以解决较大范围回路功率因数读数问题，通过实践表明此拟合法可以解决cos=0.1到cos=0.95范围回路功率因数读数问题，而
且不需要同时测量电流和电压波形，仅不适于在电压90度附近合闸的波形，此时可使用直流分量法(cos<0.35)和相角差法（cos>0.35)。
在实践中通过功率因数表与数据采集器比对表明，为了能更加准确地测量出功率因数,要使采集的波形占到总量程的60%及以上。
在使用数据采集测量时，无论使用何种方法，为了准确测试功率因数，都必须保证零线准确，因而预期波试验前应利用软件提供的档位校零功能校证零线，必要时还需修正零线，以保证第一个光标准确。
5.结束语
在试验中，每一项试验对电压，电流，功率因数都有相应要求，同时功率因数的要求值是根据试验电流的大小来规定的。
采集系统的软件在计算功率因数的时候一般采用以上前三种方法。
又由于试验电路的形式多样，电路电压和电流等级都比较高，机械式的功率因数表已经不能满足所有的需求，目前采用的方法是用数据采集系统采集试验线路的电流和电压，通过A/D转换，再用拟合法测量试验电路的功率因数。
在实际应用中，尤其在工厂企业中，一般多采用电子式功率因数表。
当功率因数降低时就表明工厂企业线路中感抗或者容抗负载较大，导致无功功率消耗较多，线路损耗较大。
必须采用一定的补偿措施使功率因数回到一个允许的范围。
由此可见实时检测功率因数的重要性。
参考文献
[1] 刘新平，李军．单片机在电机功率因数测量的应用．计算机工程与设计,2007
[2] 林青云．一种功率因数测量电路及计算方法．基础自动化, 1997
[3] 徐进，王晓雪.功率因数测量方法探讨．西北纺织工学院学报,1995。