概要：功率因数是衡量电气设备用电效率的一个重要参数，功率因数低说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，电气设备的电能利用效率低，线路的供电损耗大，常见都是正值，但现场测试时，会遇到功率因数出现负值或正负跳变，本文就和大家聊聊功率因数为负的常见工况。
 
参考功率分析仪手册，可参阅到有功功率 P 计算是瞬时的电压电流相乘后求平均（，n 为采样点数，由测量区间决定）。功率因数 PF=P/S。其中 S 为视在功率，且一直为正值，所仪功率因数 PF 的正负跟随 P 的变化，当 P 为负时，PF 也就是负了。
 
1. 发电系统
参考 IEC60375 标准，功率因数 PF=P/S，正负号由有功功率的方向决定。有功功率 P 和功率因数 PF 处于四象限运行，指示了测评点的发电 / 用电特性。当被测负载是发电的，按照 IEC 标准，位于第二、第三象限时，此时功率因数 PF 为负值。
 
图 1 IEC 四象限
 
2. 接线错误
现场实测时，若线路电流超过测量仪器本身最大允许的 rms 和峰值，需要外接传感器或者电流钳等扩展测量范围，传感器、电流钳的方向一定要和我们的接线示意图的方向一致，按照电流从源流向设备，是从源电压的正极流出，负极流入来接线。若接线人员操作疏忽，接线时电压或者电流有线接反，就会导致有功功率为负值，功率因数 PF 也就出现负值了。注意：不外接传感器，直接测量时，也需注意电压电流方向，接错方向也会出现负值。
 
 
图 2 带电流方向标识传感器
 
3. 被测信号本身特性
电压 U、电流 I 基波频率不相关时，长期累计平均功率 P 趋于 0，短期内受不同更新周期计算起点影响，累积平均功率不能抵消，不同计算起点累计的正负会有所不同，P 会出现正负跳动。PF 正负跟随 P，此时 PF 也会出现正负跳变。U、I 波形图举例下图。
 
 
图 3 U 和 I 波形举例
 
4. 负载因素
负载接近纯感性或者纯容性，由于仪器本身精度或者外界噪声会引起 U、I 相位角在 90°附近变化，从而出现 P 正负跳变。PF 正负跟随 P，此时 PF 也会出现正负跳变。
 
 
图 4 正负跳变
 
5. 接线方式选择 3P3W（3V3A）时，某些相是负值
 
图 5 3V3A 接线示意图
 
3V3A 实质为两瓦特计法，三相总功率为 P1+P2（相关推导不在本文讲解，可参考往期微信文章《测量三相三线系统的三大误区》）。
 
本文以 Y 型负载为例（针对测量仪器，负载看作一个整体，不论是△或星型都是三根线进去，总功率也是 P=P1+P2）,如图 5 3V3A 接线方式，测试的是线电压和相电流，所以每个输入单元的电压和电流的相位角与实际负载的相位角不同。R 相电流 I1 和 R-T 电压 U13 接到一个功率测量单元，计算的功率记为 P1=I1•U13；S 相电流 I2 和 S-T 电压 U23 接到一个功率测量单元，功率记为 P2=I2•U23；T 相电流 I3 和 R-S 电压 U12 接到一个功率测量单元，计算的功率记为 P3=I3•U12。
 
结合图 7，在三相平衡系统中，电压为基准，电流超前电压为正（﹢），电流滞后电压为负（-）。
 
当阻性平衡负载时，U13（URT）和 I1（IR）的夹角﹢30°，此时 P1＞0；U23（UST）和 I2（IS）的夹角 -30°，此时 P2＞0；U12（URS）和 I3（IT）的夹角+90°，P3=0。
 
感性平衡负载时，相比阻性电压超前电流，电压将逆时针旋转一定角度α，P3＞0，当α大于 60°时加上纯阻性时 UST 超前 I2 的 30°夹角，共大于 90°，则 P2＜0。
 
容性平衡负载时，相比阻性电压落后电流，电压将顺时针旋转一定角度α，P3＜0，当α大于 60°时加上纯阻性时 URT 落后 I1 的 30°夹角，共大于 90°，则 P1＜0。
 
图 6 三个线电压向量由来
 
图 7 三相平衡系统阻性负载向量图
 
现场测试时，遇到有功功率为负、功率因数为负、效率为负等情况时，不一定是测量仪器出现了问题，可能和现场测试工况和被测信号等有关。本文几种常见的功率因数为负情况已和大家分享（现场测试情况不局限以上），希望给您测试测量带来帮助。