功率質(zhì)數(shù)（Power）是評判電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。它的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電阻爐等內(nèi)阻負(fù)荷的功率質(zhì)數(shù)為1，通常具有電感性負(fù)載的電路功率質(zhì)數(shù)都大于1。
功率質(zhì)數(shù)低，說明無功功率大，因而增加了設(shè)備的借助率，降低了線路供電損失。
關(guān)于功率質(zhì)數(shù)的討論，網(wǎng)上有不少文章，但好多人一直對一些概念存有誤會(huì)，這將為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來眾多害處，有必要在此再加以澄清。
一、功率質(zhì)數(shù)的來歷和涵義
在電氣領(lǐng)域的負(fù)載有三個(gè)基本品種：內(nèi)阻、電容和電感。
內(nèi)阻是消耗功率的元件，電容和電感是存放功率的元件。日常所用的交流電在純內(nèi)阻負(fù)載上的電流和電壓是同相位的，即相位差q=0°，如圖1(a)所示；
圖1不同性質(zhì)負(fù)載上的電壓電流關(guān)系
交流電在純電容負(fù)載上的電流和電壓關(guān)系是電壓超前電流90°(q=90°)，如圖1(b)所示；交流電在純電感負(fù)載上的電流和電壓關(guān)系是電壓滯后電流90°(q=-90°)，如圖1(c)所示。
功率質(zhì)數(shù)的定義是：
(1)
在內(nèi)阻負(fù)載上的有功功率就是視在功率，即兩者相等，所以功率質(zhì)數(shù)F=1。而在純電容和純電感負(fù)載上的電壓和電流相位差90°，所以功率質(zhì)數(shù)F=cosq=cos90°=0，即在純電容和純電感負(fù)載上的有功功率為零。
從這兒可以看出一個(gè)問題，同樣是一個(gè)電源，對于不同性質(zhì)的負(fù)載，其輸出的功率的大小和性質(zhì)也不同，因而可以說負(fù)載的性質(zhì)決定著電源的輸出。換言之，電源的輸出不取決于電源的本身，猶如一座煙囪的供熱水流取決于水龍頭的開啟程度。
從前面的討論可以看出，功率質(zhì)數(shù)是表征負(fù)載性質(zhì)和大小的一個(gè)參數(shù)。并且通常說一個(gè)負(fù)載只有一種性質(zhì)，如同一個(gè)人只有一個(gè)身分證號(hào)碼一樣。這些性質(zhì)的確定是從負(fù)載的輸入端看進(jìn)去，稱為負(fù)載的輸入功率乘數(shù)。一個(gè)負(fù)載電路完成了，它的輸入功率質(zhì)數(shù)也就定了。
例如UPS作為上面市電或發(fā)電機(jī)的負(fù)載而言，例如六脈沖檢波輸入的UPS，其輸入功率質(zhì)數(shù)就是0.8，不論后面是市電電網(wǎng)還是發(fā)電機(jī)，例如要求輸入的視在功率，都須要往前面的電源索要80kW的有功功率和的無功功率。假如UPS的輸入功率質(zhì)數(shù)是0.6，就須要往前面的電源索要60kW的有功功率和的無功功率。像這樣的輸出分配什么是電功率因數(shù)，上面電源是“無權(quán)”決定的。
二、表征UPS輸出能力的參數(shù)—負(fù)載功率質(zhì)數(shù)
1.負(fù)載功率質(zhì)數(shù)被誤稱為“輸出功率質(zhì)數(shù)”
UPS不能一對一地制造，也要事先按照當(dāng)前用家電的方式和規(guī)模預(yù)先制造出一批或幾批不同功率質(zhì)數(shù)和功率尺寸的機(jī)器，以備市場現(xiàn)貨銷售。預(yù)先制造出一批或幾批UPS的依據(jù)就是負(fù)載功率乘數(shù)。當(dāng)UPS的負(fù)載功率質(zhì)數(shù)與負(fù)載的輸入功率質(zhì)數(shù)相等時(shí)，就稱為完全匹配，UPS就可輸出全部功率。遇見不匹配負(fù)載時(shí)，就必須降額使用。圖2示出了UPS負(fù)載功率質(zhì)數(shù)與負(fù)載輸入功率質(zhì)數(shù)的關(guān)系。
圖2UPS負(fù)載功率質(zhì)數(shù)與負(fù)載輸入功率質(zhì)數(shù)的關(guān)系
有的就誤把UPS的負(fù)載功率質(zhì)數(shù)稱為UPS的輸出功率質(zhì)數(shù)。這些誤會(huì)的來源大約覺得UPS既然有輸入功率質(zhì)數(shù)就一定有輸出功率質(zhì)數(shù)，這樣一來UPS的性質(zhì)就有兩種，從輸入看進(jìn)去是一種性質(zhì)，從輸出看進(jìn)去又是另一種性質(zhì)，誤會(huì)了電路性質(zhì)的惟一性。
既然是UPS的輸出功率質(zhì)數(shù)，如前所述，假如UPS有輸出的能力，這么應(yīng)該在任何負(fù)載性質(zhì)的條件下都可給出功率質(zhì)數(shù)所強(qiáng)調(diào)的有功功率和無功功率。
例如被稱為輸出功率質(zhì)數(shù)的數(shù)值為0.8時(shí)，在任何負(fù)載性質(zhì)的條件下都可給出80kW的有功功率和的無功功率。但實(shí)際上不是這樣。例如常常出現(xiàn)此類情況，當(dāng)負(fù)載功率質(zhì)數(shù)為0.8的UPS在帶線性負(fù)載時(shí)，才會(huì)因過載而轉(zhuǎn)旁路，這是其三；
其一，當(dāng)用功率質(zhì)數(shù)表檢測UPS輸出端時(shí)發(fā)覺，在帶線性負(fù)載時(shí)其功率質(zhì)數(shù)值為1，當(dāng)帶三極管檢波檢波輸入的IT負(fù)載時(shí)其功率質(zhì)數(shù)值又是0.7，怎樣也出不來0.8。
實(shí)際上這兩種情況測得的都是負(fù)載的功率質(zhì)數(shù)，所謂輸出功率質(zhì)數(shù)0.8根本就不會(huì)出現(xiàn)，除非帶輸入功率質(zhì)數(shù)為0.8的負(fù)載時(shí)，但那時(shí)測得的也一直是負(fù)載的功率質(zhì)數(shù)。即，只要帶負(fù)載檢測，測得的就是負(fù)載的功率質(zhì)數(shù)。
這樣一來，只有不帶負(fù)載時(shí)才可測得UPS的“輸出功率質(zhì)數(shù)”，這時(shí)有功功率P的輸出電壓IP=0，視在功率S的輸出電壓IS=0，雖然兩者的電流UP和US不為零，但按照式(1)
(2)
這個(gè)結(jié)果就是一個(gè)無理數(shù)。功率質(zhì)數(shù)表測試根本就測不出任何值。也就是說所謂的“輸出功率質(zhì)數(shù)”沒有任何操作性。
2.負(fù)載功率質(zhì)數(shù)的確定誘因
這么負(fù)載功率質(zhì)數(shù)為0.8的UPS在帶線性負(fù)載時(shí)，為何給不出80kW呢？通常這些情況下的工頻機(jī)UPS設(shè)計(jì)是按照額定的有功功率選擇逆變器，而無功功率部份由逆變器前面的電容器C來承當(dāng)，如圖3所示。
圖3通常工頻機(jī)UPS與負(fù)載匹配情況下的主電路結(jié)構(gòu)
在圖中的逆變器功率選擇就是按照負(fù)載功率質(zhì)數(shù)設(shè)定的。這兒是以負(fù)載功率質(zhì)數(shù)為0.8的UPS為例的數(shù)字。逆變器是按照80kW選擇的功率管，電容器C的容量是按照輸出的無功功率選取的(其實(shí)還需另外加上混頻時(shí)所需的容量)。
由于在全匹配負(fù)載時(shí)電容C的輸出無功功率QC和負(fù)載上的容性無功功率負(fù)載上的感性無功功率QL絕對值相等而符號(hào)相反，完全互補(bǔ)(直接相加)，即：QC-QL=0
但是C和L產(chǎn)生的回路電壓并不流經(jīng)逆變器，即無功電壓不流經(jīng)逆變器，UPS就是在這些設(shè)定條件下制造的。
所以在全匹配的條件下，負(fù)載功率質(zhì)數(shù)為0.8的UPS能將80kW的有功功率和的無功功率全部輸送給負(fù)載。即在UPS的負(fù)載功率質(zhì)數(shù)與負(fù)載的輸入功率質(zhì)數(shù)完全匹配時(shí)，負(fù)載上得到的功率就是：
(3)
假如負(fù)載的輸入功率質(zhì)數(shù)與UPS的負(fù)載功率質(zhì)數(shù)不相等，情形又會(huì)如何呢？例如前面的負(fù)載是線性負(fù)載，即負(fù)載的輸入功率質(zhì)數(shù)=1，這些情況常常出現(xiàn)在UPS帶假負(fù)載考機(jī)情況，如圖4所示。在這兒有一個(gè)很大的區(qū)別，負(fù)載中的電感部份沒有了。這就導(dǎo)致了逆變器旁邊電容器C的無功功率再也不能向負(fù)載端提供的局面。因?yàn)榈娜菘筙C是：
(4)
從上式可以看出，逆變器輸出首先并聯(lián)了一個(gè)大于1W的檢波，倘若讓逆變器輸出端構(gòu)建起220V的電流，首先要向電容C提供一個(gè)電壓IC，其值的大小為：
(5)
而原先逆變器可以提供的電壓IINV為：
(6)
很其實(shí)，必須從逆變器輸出電壓中除以上述的容性電壓，余下的才是負(fù)載應(yīng)得的電壓Ir，即：
(7)
這么此時(shí)負(fù)載上才能得到的功率Pr就只有：
Pr=241A′220V?53kW
(8)
圖4通常工頻機(jī)UPS與線性負(fù)載不匹配情況下的主電路結(jié)構(gòu)
或則用功率估算式得出同樣的結(jié)果：
(9)
因而負(fù)載功率質(zhì)數(shù)為0.8的UPS在帶線性負(fù)載時(shí)，只能給出53kW的功率，在往年的機(jī)器中不止一次地證明了這個(gè)推論。也就是說當(dāng)負(fù)載的輸入功率質(zhì)數(shù)不等于UPS的負(fù)載功率質(zhì)數(shù)時(shí)，UPS就必須降額使用。這是通常規(guī)律，其實(shí)對不同負(fù)載功率質(zhì)數(shù)的UPS有著不同的降額值。
3.對UPS功率質(zhì)數(shù)的誤會(huì)害處
正是因?yàn)橛械挠脩魧⒇?fù)載功率質(zhì)數(shù)誤覺得是UPS的“輸出功率質(zhì)數(shù)”，不但將歸屬關(guān)系弄錯(cuò)了，并且還引出了一個(gè)根本不存在的概念。既然是“UPS的輸出功率質(zhì)數(shù)”，這么UPS的輸出功率就必須服從這個(gè)功率質(zhì)數(shù)值，也就是說“功率質(zhì)數(shù)為0.8的UPS在帶線性負(fù)載時(shí)也應(yīng)給出80kW的輸出功率”。假如這些誤會(huì)僅僅是某些用戶，最多造成用戶和供應(yīng)商方面的矛盾。但若果是制訂標(biāo)準(zhǔn)者身陷這個(gè)誤區(qū)，害處就是全省的UPS制造商。
例如原先都是進(jìn)口的大功率UPS，在帶線性實(shí)驗(yàn)負(fù)載時(shí)發(fā)覺功率質(zhì)數(shù)為0.8的UPS給不出80kW，于是就覺得是廠家的產(chǎn)品不合格，再加之廠家也說不清楚緣由，于是就只得加強(qiáng)逆變器的功率，也就是說在逆變器中必須也把的無功功率包含進(jìn)去，即：
(10)
無形上將逆變器的造價(jià)降低了20%，但逆變器的驅(qū)動(dòng)電路也必須相應(yīng)地升級(jí)，那就不止20%了。全省所有的廠家都必須照此代辦，這個(gè)影響面就大了!這樣一來，80kW的輸出功率是給下來了，可惜的是負(fù)載功率質(zhì)數(shù)F就不是0.8了，由于深陷誤區(qū)的制造商是不會(huì)將原先的無功功率作任何改變的，即一直保留了的電容器，這樣一來根據(jù)原先的對負(fù)載功率質(zhì)數(shù)F的設(shè)計(jì)，就弄成了：
(11)
其實(shí)，只要輸出給夠了80kW，至于此時(shí)的功率質(zhì)數(shù)值也就無人顧及了。假如真的有人看見了這一點(diǎn)，是不是覺得這臺(tái)的UPS只要給出68.4kW就達(dá)標(biāo)了！
很其實(shí)，這樣的改變是不應(yīng)當(dāng)?shù)模粊硎菗p害了制造商的利益，二來也不符合科學(xué)道理，只是由于誤會(huì)緣由而人為地覺得這樣做。甚至有的說：多數(shù)人同意這樣做那就對。要曉得科學(xué)的問題不是靠舉手表決解決的，自由落體的蘋果就是要落在地上，再多的人舉手表決也不會(huì)飛到天起來。
和負(fù)載功率質(zhì)數(shù)并列的一個(gè)量就是UPS輸出電流的紋波失真度，有的將兩者混為一談，覺得只要輸出電流的紋波失真度達(dá)到要求，這么負(fù)載功率質(zhì)數(shù)也就曉得了。實(shí)際上在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中負(fù)載功率質(zhì)數(shù)和紋波失真似乎有些聯(lián)系，但不是一碼事，各自的考慮不同。
紋波失真度就好比是評判這件外套做得活計(jì)好不好，針腳密不密，款式好不好。而功率質(zhì)數(shù)表示的則是男服飾還是女服飾，是多大號(hào)的衣物，等等。所以這兩個(gè)指標(biāo)切不可厚此薄彼，甚至放棄其中之一。
更不能令人放心的是有些讀者至今仍覺得功率質(zhì)數(shù)是百分率什么是電功率因數(shù)，常看到有人問：你的UPS的輸入功率質(zhì)數(shù)是百分值多少？這從前面的估算就可清楚地聽到，有功功率和無功功率是正交關(guān)系。
從式(11)也可見到視在功率、有功功率和無功功率兩者之間的關(guān)系是直角三角形勾股弦的關(guān)系。所以有功功率和無功功率是不能直接加減的。
例如前面的事例，假若將80kW看做80%，這么就是60%，這樣一來有功功率和無功功率加在一起就是140%，其實(shí)是不對的。這個(gè)最基本的基本概念假如搞不清楚，其他概念就很難去理解了!