功率因數(shù)通常都是正值，但現(xiàn)場測試時，會遇到儀器測量結果出現(xiàn)負值或正負跳變的情況，本文就和大家聊聊功率因數(shù)出現(xiàn)負值或正負跳變的常見工況。

參考功率分析儀手冊，可參閱到有功功率P計算是瞬時的電壓電流相乘后求平均：

其中：n為采樣點數(shù)，由測量區(qū)間決定。

功率因數(shù)PF=P/S。其中S為視在功率，且一直為正值，所儀功率因數(shù)PF的正負跟隨P的變化，當P為負時，PF也就是負了。

1、發(fā)電系統(tǒng)

參考IEC60375標準，功率因數(shù)PF=P/S，正負號由有功功率的方向決定。有功功率P和功率因數(shù)PF處于四象限運行，指示了測評點的發(fā)電/用電特性。當被測負載是發(fā)電的，按照IEC標準，位于第二、第三象限時，此時功率因數(shù)PF為負值。

圖1 IEC四象限

2、接線錯誤

現(xiàn)場實測時，若線路電流超過測量儀器本身最大允許的rms和峰值，需要外接傳感器或者電流鉗等擴展測量范圍，傳感器、電流鉗的方向一定要和我們的接線示意圖的方向一致，按照電流從源流向設備，是從源電壓的正極流出，負極流入來接線。若接線人員操作疏忽，接線時電壓或者電流有線接反，就會導致有功功率為負值，功率因數(shù)PF也就出現(xiàn)負值了。注意：不外接傳感器，直接測量時，也需注意電壓電流方向，接錯方向也會出現(xiàn)負值。

圖2 帶電流方向標識傳感器

3、被測信號本身特性

電壓U、電流I基波頻率不相關時，長期累計平均功率P趨于0，短期內(nèi)受不同更新周期計算起點影響，累積平均功率不能抵消，不同計算起點累計的正負會有所不同，P會出現(xiàn)正負跳動。PF正負跟隨P，此時PF也會出現(xiàn)正負跳變。U、I波形圖舉例下圖。

圖3 U和I波形舉例

4、負載因素

負載接近純感性或者純?nèi)菪裕捎趦x器本身精度或者外界噪聲會引起U、I相位角在90°附近變化，從而出現(xiàn)P正負跳變。PF正負跟隨P，此時PF也會出現(xiàn)正負跳變。

圖4 正負跳變

5、接線方式選擇3P3W（3V3A）時，某些相是負值

圖5 3V3A接線示意圖

3V3A實質(zhì)為兩瓦特計法，三相總功率為P1+P2（相關推導不在本文講解，可參考往期微信文章《測量三相三線系統(tǒng)的三大誤區(qū)》）。

本文以Y型負載為例（針對測量儀器，負載看作一個整體，不論是△或星型都是三根線進去，總功率也是P=P1+P2），如圖5 3V3A接線方式，測試的是線電壓和相電流，所以每個輸入單元的電壓和電流的相位角與實際負載的相位角不同。

R相電流I1和R-T電壓U13接到一個功率測量單元，計算的功率記為P1=I1?U13；

S相電流I2和S-T電壓U23接到一個功率測量單元，功率記為P2=I2?U23；

T相電流I3和R-S電壓U12接到一個功率測量單元，計算的功率記為P3=I3?U12。

結合圖7，在三相平衡系統(tǒng)中，電壓為基準，電流超前電壓為正（+），電流滯后電壓為負（-）。

當阻性平衡負載時，U13（URT）和I1（IR）的夾角+30°，此時P1＞0；U23（UST）和I2（IS）的夾角-30°，此時P2＞0；U12（URS）和I3（IT）的夾角+90°，P3=0。

感性平衡負載時，相比阻性電壓超前電流，電壓將逆時針旋轉一定角度α，P3＞0，當α大于60°時加上純阻性時UST超前I2的 30°夾角，共大于90°，則P2＜0。

容性平衡負載時，相比阻性電壓落后電流，電壓將順時針旋轉一定角度α，P3＜0，當α大于60°時加上純阻性時URT落后I1的 30°夾角，共大于90°，則P1＜0。

圖6 三個線電壓向量由來

圖7 三相平衡系統(tǒng)阻性負載向量圖

現(xiàn)場測試時，遇到有功功率為負、功率因數(shù)為負、效率為負等情況時，不一定是測量儀器出現(xiàn)了問題，可能和現(xiàn)場測試工況和被測信號等有關。本文幾種常見的功率因數(shù)為負情況已和大家分享（現(xiàn)場測試情況不局限以上），希望給您測試測量帶來幫助。