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功率因数提高的Multisim仿真和实验分析

作者：谢晓霞张权

来源：《现代电子技术》2015年第01期

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摘要：为了清楚直观地了解如何提高负载的功率因数，将理论分析、仿真分析以及实验

分析三者进行有机的结合。在理论分析的基础上，利用Multisim仿真软件对感性负载电路功率

因数的提高进行了仿真分析，并设计了实验电路对理论分析以及仿真分析的结果进行验证。

关键词：功率因数；感性负载；Multisim仿真；虚拟仪器

中图分类号：TN710⁃34；G642文献标识码：A文章编号：1004⁃373X（2015）

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Abstract：Theoreticalanalysis，simulationanalysisandexperimentanalysiswerecombinedto

clearlycomprehendabouthowtoimprovethepowerfactoroftheload.Basedontheresultof

theoreticalanalysis，theMultisimsoftwarewasusedtosimulatetheimprovementofpowerfactorof

analysisandsimulationanalysis.

Keywords：powerfactor；perceptualload；Multisimsimulation；virtualinstrument

引0言

功率因数是电器设备非常重要的性能指标，也是衡量供电系统电能利用程度的重要指标之

一，它的高低关系到输配电线路、设备的供电能力，也影响到其功率损耗。因此提高功率因数

对于节约电能、降低损耗、提高输配电设备的供电能力具有十分重要的意义。本文从理论分析

入手，阐述了功率因数的定义以及功率因数提高的必要性和提高功率因数的方法，然后利用

Multisim软件仿真验证了理论分析的结果，用Excel绘成的仿真结果图对比分析了并联电容值

的改变对电路功率因数的影响，最后设计了实验电路，借助虚拟示波器进行观察，得到了与理

论分析相同的结论。

功率因数提高的理论分析1

功率因数的定义1.1

在供电系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性（诸如感应电动机、电力变压器，电

焊机等），它们都是靠电能转化为磁能再转化为热能或机械能来实现能量转换的。因此，设备

从电力系统吸收两种能量，一部分能量用于做功，即电能转换为机械能或热能，这部分能量大

部分是为了满足生产和生活的需要，称为有功功率。另一部分能量用来产生电磁场，它是电磁

感应设备能量转换和传输的媒介，不能对外做功，所以这部分功率称为无功功率。以无源端口

为例（设端口电压和电流为关联参考方向），如果端口电压[u（t）=2Ucos（ωt+θu）]，端口电

流[i（t）=2Icos（ωt+θi）]，定义[φ=θu-θi]为端口电压超前于端口电流的角度，则有功功率

[P=UIcosφ，]无功功率[Q=UIsinφ。]电路总电流与总电压的乘积为视在功率，用[S=UI]来表

示，它代表了供电设备的容量。有功功率、无功功率、视在功率形成了功率三角形：三角形的

两条直角边，一个是有功功率，一个是无功功率，斜边代表视在功率，有功功率和视在功率之

间的夹角[φ]就是功率因数角，功率因数角的余弦值[cosφ]就是功率因数PF（PowerFactor）。

功率因数提高的意义1.2

（1）提高设备利用率

在电力系统中提供电能的发电机是按发电机的视在功率[S]设计的。发电机在额定电压和

额定电流下运行时输出的有功功率[P=UIcosφ=Scosφ]与所接负载的功率因数[cosφ]密切相关。

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只有当所接负载是电阻性负载时，即[cosφ=1]时，发电机输出的有功功率恰好等于发电机的容

量；当负载是