Question

如何理解cosφ的物理含义？

Answer 1

答：功率因数（cosφ）就是交流电路中的电流与电压相位之差（通常是电流落后）角度的余弦值。
功率因数越高，电能的利用率越高。功率因数最高为1，表示相位差为零，全部电能都被负载所利用；功率因数最低为0，表示相位差为90度，全部电能都浪费在线路上了，一点也没被负载所利用。

交流电电路中，不管电压和电流的相位关系，只看电压和电流的乘积叫“视在功率”，其单位是“伏安”(VA)或“千伏安”(KVA)。它不能考核出电能是否消耗，只能考核出电路是否在工作（也就是是否上电），例如变压器的容量就是标明的“视在功率”，它标明了变压器长期工作所能承受的电压和电流的值。

衡量实际电能消耗的部分叫“有功功率”，其值等于“视在功率”乘以电压与电流相位差的余弦值（功率因数）。单位是“瓦”（W）或“千瓦”（KW）。如果电压与电流相位差为零度（同相，属于纯电阻电路）由于电压与电流相位差为零，零度的余弦值等于1，“视在功率”与“有功功率”相等，无功功率等于零。

衡量虽然有电压和电流，但并不消耗电能的那个部分叫“无功功率”，其值等于“视在功率”乘以电压与电流相位差的正弦值。无功功率的单位是“乏尔”（var）简称“乏”，或“乏”的1000倍“千乏”(Kvar)。如果电压与电流相位差正好为90度（正交）那么电压与电流相位差的正弦值等于1（功率因数即余弦值等于0），“视在功率”与“无功功率”相等，有功功率等于零。

电压与电流相位差角度的余弦值叫“功率因数”。是个不名数（没有单位的系数）记做cosφ。功率因数最大值是1，代表全部电能都被负载（用电器具）利用了，这是纯电阻性负载，也就是电压和电流同相时的情况。 功率因数最小值是0，代表全部电能都在负载（用电器具）和电网之间来回折腾着玩，一点也没有被负载利用，都哆嗦（浪费）到电路上了，这是纯电感性或纯电容性负载，电压和电流正交（正好相差90°的电角度）时的情况。如果功率因数是0.82，代表有82％的电能被负载利用了，余类推。功率因数越小，说明电路中负载实际用的电少、交换的多。但是，电路中的电流却不一定小，所以，由于电流大，线路上发热多、电厂的发电机、线路的变压器发热也多，唯一就是用户的电表走的少。也不利于节能，所以，电厂对用户的功率因数有一定的要求。
为减小线路损耗，提高电能的利用率，就要提高功率因数，办法就是根据工作状态，向电路上并联一定数量的电力电容器，这是因为我们平时运用的负载主要是照明、电热和动力三大类，前两类是阻性，动力是感性负载，几乎没有容性负载，所以要并联电容器。这好比在生产地（发电厂）和卖场（用电方）之间增加一个仓库（电容器），暂时卖不了的产品不用退回去，存在仓库里，就减少了来回运输的麻烦和运费（减少线路损耗）。