1系統(tǒng)功率因數(shù)含義及其計算

1、系統(tǒng)功率因數(shù)的含義及其計算什么叫功率因數(shù)功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個系數(shù)。它是交流電路中有功功率 與視在功率的比值。即功率因數(shù) =有功功率視在功率，其大小與電路的負荷性 質(zhì)有關(guān)。如白熾燈、電阻爐等電熱設(shè)備，功率因數(shù)為1，對具有電感的電氣設(shè)備如日光燈、電動機等，功率因數(shù)小于1，從功率三角形的圖中，運用數(shù)學(xué)三角關(guān)系可得出：有功功率P=Ulcos VCOS ）即功率因數(shù)。功率因數(shù)低，說明電路中用于交變磁場吞吐轉(zhuǎn)換的無功功率大。從而降低 了設(shè)備的利用率，增加線路供電損失。所以，供電部門對用電單位的功率因 數(shù)，有著一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。在線電壓Ul = 380V的三相四線制交流電路的功率因數(shù)作為一個交

2、流電路，其交流電源的容量是一定的，其大小是用視在功率 S =IU來表示的。由于不同的交流電路其負載參數(shù) VR、L、C）是不同的，因此 電路中電壓和電流的相位差也不同。于是，電路中的負載就不可能完全吸收電 源的視在功率，其可利用的功率就是有功功率 P 僅是視在功率 S 的一部分，這 就涉及到交流電源的利用率問題，功率因數(shù)就是反映這種利用率大小的物理 量。在單相交流電路中，已知單相交流電路的功率因數(shù)cos的概念是有功功率P與視在功率S的比值，即：COS = P/S這對三相交流電路同樣也是適用的，只是此時的cos 是指三相交流電路的功率因數(shù)，P和S是指三相交流電路總的有功功率和總的視在功率。由此可見

3、， 功率因數(shù)越大，表示電路中用電設(shè)備的有功功率越大，也就是電源的利用率越 高。例如一臺發(fā)電機的容量為100KW，若負載的功率因數(shù) COS= 1,則發(fā)電 機能輸出100KW的有功功率；若負載的功率因數(shù)降到 06,則此時發(fā)電機最多 只能輸出：100X 0.6= 60VKW)的有功功率，說明這時發(fā)電機的容量還有 40KW未被充分利用。 功率因數(shù)除按其定義：由公式 COS A P/S直接計算外，在實際工作中， 功率因數(shù)可由變、配間安裝的有功電度表和無功電度表的讀數(shù)來求得。由于：無功電度數(shù)=Qt = Ssint有功電度數(shù)=Pt= Scos|)t因此：由tg戰(zhàn)可根據(jù)三角公式算出功率因數(shù)。即:提高功率因數(shù)的

4、意義1外，其他如常用電氣設(shè)備的功率因數(shù)除白熾燈、電阻、電熱器等接近于電動機、變壓器、架空線以及電氣儀表的功率因數(shù)均小于1。如交流異步電動機，在空載時的功率因數(shù)只有020.3 ;在輕載時均為0.5 ;在額定負載時均為 0.70.89。不帶電容器的日光燈的功率因數(shù)為 0.450.6。負載的功率因數(shù) 低，會引起一些不良后果，主要表現(xiàn)有兩個方面：1）電力系統(tǒng)和用電企業(yè)的設(shè)備不能被充分利用。由于電力系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電 機和變壓器等設(shè)備，在正常情況下，不允許長期超過額定電壓和額定電流運 行。所以當(dāng)電壓和電流都已達到額定值時，功率因數(shù)低便造成設(shè)備有功功率的 輸出較少。同樣容量的設(shè)備，功率因數(shù)越低，其輸出的有功功率

5、就越少。2）引起電力系統(tǒng)電能損耗增大和供電質(zhì)量降低。對輸電和配電線路來說，線路中的損耗與電流大小的平方成正比，當(dāng)輸送同樣大小的有功功率 P= IUcos時，功率因數(shù)cos越低，輸電線路中的電流I = P/Ucos 就越大，而線 路的電能損耗是與電流的平方成正比增加的。另外，當(dāng)功率因數(shù)降低，線路電流增大時，勢必造成線路中電壓降增大， 這將導(dǎo)致線路末端的電壓降低。若要滿足末端用戶電壓要求，則線路始端的電 壓就要升高，從而會使整個線路的供電質(zhì)量降低。從以上兩方面來看，提高用電功率因數(shù)是非常必要的，它不但可以提高電 力系統(tǒng)和用電企業(yè)設(shè)備的利用率，做到在同樣發(fā)電設(shè)備條件下，提高發(fā)電能 力。而且可以減小電

6、能損耗和提高用電質(zhì)量，它是節(jié)約用電的一項很重要的技 術(shù)措施。提高功率因數(shù)的主要方法功率因數(shù)低，表示無功功率需求量大，因此，提高功率因數(shù)的途徑主要是減小電網(wǎng)中總的無功功率。各工礦企業(yè)中所需要的由電網(wǎng)供給的無功功率中，異步電動機約占70%，變壓器約占10%-15%其他為架空線路等。提高功率因數(shù)的方法分為提高自然功率因數(shù)和無功補償兩種。當(dāng)采用降低各用電設(shè)備所需的無功功率來提高功率因數(shù)時稱為提高自然功 率因數(shù)；若采用產(chǎn)生無功功率的設(shè)備來補償用電設(shè)備所需的無功功率以提高功 率因數(shù)的方法，稱為無功補償法。提高自然功率因數(shù)的辦法有：合理配用異步電動機，即避免“大馬拉小車”，降低輕載運行電動機的電壓；限制異步

7、電動機的空載電流；異步電動機 同步運行；合理調(diào)整變壓器的經(jīng)濟運行，消除變壓器的空載現(xiàn)象等。無功補償是指在用電負荷處，裝設(shè)一些能供給無功功率的設(shè)備，如并聯(lián)電 容器或并聯(lián)同步補償機 相當(dāng)于容性負載），就地供給無功功率，以減小線路中 的無功功率。由于并聯(lián)電容器較同步補償機經(jīng)濟，且有損耗少，維護運行方 便，故障容易檢查等優(yōu)點，所以在電力網(wǎng)及工廠中得到廣泛應(yīng)用。工礦企業(yè)電網(wǎng)中的負載大多數(shù)是電感性負載。電感性負載的功率因數(shù)之所 以很低，是由于電感性負載本身需要向電網(wǎng)索取一定的無功功率來建立交變磁 場，這就導(dǎo)致整個電網(wǎng)功率因數(shù)的降低。但并聯(lián)電容器后，電感負載需要的無 功功率就有一部分從電容器獲得補償，即電感

8、負載所需的磁場能量不再全部由 電源供給。這就減少了電源供給的無功功率，從而提高了功率因數(shù)。補償電容器容量計算提高功率因數(shù)所需補償電容器的無功功率的容量 QK ，可根據(jù)負載有功功 率的大小，負載原有的功率因數(shù)cos機及提高后的功率因數(shù)cos來決定，其計算 方法如下：設(shè)有功功率為P，無電容器補償時的功率因數(shù) cos機，則由功率三角形可 知，無電容器補償時的感性無功功率為：Q1 = Ptg 機并聯(lián)電容器后，電路的功率因數(shù)提高到cos,并聯(lián)電容器后的無功功率為：Q = Ptg 由電容器補償?shù)臒o功功率 QK顯然應(yīng)等于負載并聯(lián)電容器前后的無功功率 的改變，即：QK = Q1 Q = Ptg 1 Ptg =

9、Ptg 1 - tg ) 式 1)其中：根據(jù) 式1)就可以算出要補償?shù)碾娙萜魅萘?，將：QK = U2/ XC = U2/13 c= U2 c代入 式1),有U2 3 c= Ptg 1 tg )C = P/ U 2 w tg 1 tg ) 式 2 )為提高三相對稱交流電路的功率因數(shù)，可在三相電路中按“Y”或“”接入電容器。如圖所示:在三相供電線路線電壓UL = 380V的工廠車間里，裝有平均功率 因數(shù)cosl = 06的異步電動機，其負載為180KW?，F(xiàn)需將功率因數(shù)提高 到cos= 0.95,試求在負載端加裝補償電容器無功功率的容量是多少？單位：kvar)解：貝卩：QK = Pvtg 機一tg = 180 x 1.33 0.33)= 180kvar1kvar 19.875uf單臺電動機無功補償量的選擇1)單臺三相電動機補償量應(yīng)把電動機空載時的功率因數(shù)補償至1為原則，如以滿載時作依據(jù)，空載時必為過補償。因此：LJ式中:U 電動機的額定電壓VKV )Io電動機的空載電流A)Q 無功補償容