提高功率因數(shù)的意義和方法精品資料

1、提高功率因數(shù)的意義和方法1.功率因數(shù)在交流電路中，電壓與電流之間的相位差 ( )的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào) cos 表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是 有功功率 和視在功率的比值，即 cos =P/S 功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)， 如白熾燈泡 、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為 1，一般具有電感負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于 1。功率因數(shù)是 電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的技術(shù)數(shù)據(jù) ,功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù) , 功率因數(shù)低，說(shuō)明電路用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無(wú)功功率大， 從而降低了設(shè)備的利用率， 增加了線路供電損失。電能占企業(yè)成本的 5 30，有些企業(yè)占得更高。因此如何提高電能的利用率和使用效率， 保證電

2、能質(zhì)量， 是企業(yè)節(jié)能提效的重要手段。 絕大多數(shù)企業(yè)是用電動(dòng)機(jī)作為機(jī)械的原動(dòng)機(jī)， 而電動(dòng)機(jī)是感性負(fù)載， 功率因數(shù)并不高， 因此企業(yè)的能源消耗中無(wú)功能源消耗占了很大成份。 盡可能的減少無(wú)功能量的消耗， 是企業(yè)節(jié)能的頭等大事。對(duì)于企業(yè)而言，供電損耗主要是電動(dòng)機(jī)損耗、低壓線路損耗、高壓線路損耗和變壓器損耗。 安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置后功率因數(shù)提高，線路電流會(huì)下降，這樣線路損耗降低，變壓器的有功損失也會(huì)降低。電動(dòng)機(jī)損耗（即效率）是電動(dòng)機(jī)本身固有的，目前Y 系列的電動(dòng)機(jī)的效率一般都在85 95。但電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)將影響整個(gè)電網(wǎng)的效率。用電系統(tǒng)裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備， 提高功率因數(shù)，對(duì)于企業(yè)的降損節(jié)電、用電系統(tǒng)的安全可靠

3、運(yùn)行具有極為重要的意義2. 影響功率因數(shù)的主要因素異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器。 異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無(wú)功功率是由其空載時(shí)的無(wú)功功率和一定負(fù)載下無(wú)功功率增加值兩部分所組成 , 改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。 變壓器消耗無(wú)功的主要成份是它的空載無(wú)功功率 , 它和負(fù)載率的大小無(wú)關(guān)。 因而 , 為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù) , 變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。供電電壓。當(dāng)供電電壓高于額定值的 10%時(shí), 由于磁路飽和的影響 , 無(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快 , 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì) , 當(dāng)供電電壓為額定值的 110%時(shí) , 一般工廠的無(wú)功將增加 35%左右，當(dāng)供電電壓

4、低于額定值時(shí) , 無(wú)功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。3. 提高功率因數(shù)的意義 提高功率因數(shù)可以提高設(shè)備的利用率由于有功功率： P=UI COS , 當(dāng) U 和 I 為定值時(shí) ,P COS, 這就是說(shuō)在電源提供同樣的視在功率UI 情況下 , 有功功率 P 與功率因數(shù) COS的大小成正比。我們知道 , 電源設(shè)備的容量都是根據(jù)額定電壓UN和額定電流 IN 確定的 , 因此其額定視在功率為SN=UNIN。它表示該設(shè)備允許輸出的最大有功功率, 換句話說(shuō) ,假如負(fù)載 COS=1,P=UN IN COS=UN IN=SN,此時(shí)電源的容量全部轉(zhuǎn)換成有功功率

5、, 因而電源設(shè)備得到充分利用。如果 COS < 1 則電源能提供的功率為 P=UN IN COS <SN且 COS愈小, 在同樣 UN IN 下, 提供的有功功率愈小 , 電源設(shè)備愈不能充分利用。 提高功率因數(shù)可以減少線路損耗由有功功率計(jì)算式可推導(dǎo)出電流I = P/ UCOS , 當(dāng) U 和 P 一定時(shí) , 電流 I 與COS 成反比 , 即 I 1/COS這就是說(shuō)在電源輸出同樣的有功功率情況下 , 功率因數(shù)愈低 , 電流通過(guò)輸電導(dǎo)線 , 在電線路上的功率損耗愈大 , 這就意味著輸電線路上傳電能的效率低。 提高功率因數(shù)能改善供電質(zhì)量線路上輸送的有功功率為 P=UI COS, 若要求

6、有功功率 P 一定和電壓 U 不變時(shí) , 則電流和功率因數(shù) COS成反比。 功率因數(shù)越低 , 說(shuō)明線路上的無(wú)功功率越大 , 因而通過(guò)線路的電流 I 也越大 , 由于線路具有一定的阻抗 , 必然造成電壓損失 , 使線路電壓降低。 提高功率因數(shù)可以減少企業(yè)電費(fèi)支出為了促進(jìn)用戶提高功率因數(shù), 電力部門(mén)對(duì)工業(yè)用戶規(guī)定了按照月平均功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的辦法。月平均功率因數(shù)的計(jì)算方法為：月平均功率因數(shù)=月有功電度 / 戶月有功電度 +月無(wú)功電度。目前電價(jià)制度規(guī)定： 功率因數(shù)低于 0.85 時(shí), 企業(yè)的全部電費(fèi)相應(yīng)增加 , 以示懲罰 , ，功率因數(shù)高于 0.85 者時(shí)企業(yè)的全部電費(fèi)相應(yīng)減少 , 以資獎(jiǎng)勵(lì)。由下表

7、可見(jiàn) , 提高功率因數(shù)減少了企業(yè)電費(fèi)支出 , 即降低了產(chǎn)品制造成本。0.85 為標(biāo)準(zhǔn)值的功率因數(shù)電費(fèi)調(diào)整表減收電費(fèi)增收電費(fèi)實(shí)際功率因月電費(fèi)減實(shí)際功率因月電費(fèi)增實(shí)際功率月電費(fèi)增數(shù)少數(shù)加因數(shù)加0.850.00.840.50.707.50.860.10.831.00.698.00.870.20.821.50.688.50.880.30.812.00.679.00.890.40.802.50.669.50.900.50.793.00.6510.00.910.650.783.50.6411.00.920.800.774.00.6312.00.930.950.764.50.6213.00.755.00.6

8、114.00.745.50.6015.00.941.001.100.736.0功率因數(shù)自0.59 及以0.726.5下，每降低0.01 電費(fèi)增0.717.0加 24. 提高負(fù)載功率因數(shù)的方法4.1 提高自然功率因數(shù)的方法提高自然功率因數(shù)， 就是不添置任何補(bǔ)償裝置， 采取措施來(lái)減少供電系統(tǒng)中無(wú)功功率的需要量。 它不需增加投資， 是最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。 在不進(jìn)行任何人工補(bǔ)償之前， 首先從提高自然功率因數(shù)著手， 能收到既節(jié)電又減少開(kāi)支的效果。其主要有：（ 1）正確選用異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)與容量合理使用電動(dòng)機(jī)；選擇電動(dòng)機(jī)既要注意機(jī)械性能 , 又要考慮電器指標(biāo)。若電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于低負(fù)載下運(yùn)行 , 既增

9、大功率損耗 , 又使功率因數(shù)和效率都顯著惡化。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā) , 必須正確的合理的選擇電動(dòng)機(jī)的容量。提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量。 異步電動(dòng)機(jī)定子繞組匝數(shù)變動(dòng)和電動(dòng)機(jī)定、 轉(zhuǎn)子間的氣隙變動(dòng)時(shí)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率的大小有很大的影響。 采用同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行提高功率因數(shù)。只要調(diào)節(jié)電機(jī)的勵(lì)磁電流 , 使其處于過(guò)激狀態(tài) , 就可以使同步電機(jī)向電網(wǎng) “送出”無(wú)功功率 , 減少電網(wǎng)輸送給企業(yè)的無(wú)功功率 , 從而提高企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動(dòng)機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電流 , 使其呈同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 , 這就是“異步電動(dòng)機(jī)同步化”。調(diào)節(jié)電機(jī)的直流勵(lì)

10、磁電流 , 使其呈過(guò)激狀態(tài) , 即能向電網(wǎng)輸出無(wú)功 , 從而達(dá)到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。合理選擇配變?nèi)萘?, 改善配變的運(yùn)行方式。對(duì)負(fù)載率比較低的配變 , 一般采取“撤、換、并、?！钡确椒?, 使其負(fù)載率提高到最佳值 , 從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。正確選用異步電動(dòng)機(jī) , 使其額定容量與所帶負(fù)載相配合 , 對(duì)于改善功率因數(shù)是十分重要的。 在選型方面 , 要注意選用節(jié)能型 , 淘汰高能耗的電動(dòng)機(jī) , 并依據(jù)電機(jī)機(jī)械工作對(duì)啟動(dòng)力矩、啟動(dòng)次數(shù)、調(diào)速等方面的具體要求 , 選用不同的型號(hào)。電動(dòng)機(jī)的效率 與功率因數(shù) cos 是反映電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的主要標(biāo), 都與負(fù)載率有密切關(guān)系。 GB/ T 1249

11、7- 90對(duì)三相異步電機(jī)三個(gè)運(yùn)行區(qū)域規(guī)定如下:當(dāng)負(fù)載率在70% - 100% 之間時(shí) ,為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)；當(dāng) 40% 70% 時(shí) , 為一般運(yùn)行區(qū)；當(dāng) < 40% 時(shí) , 為非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)。因此要防止“大馬拉小車” , 減少負(fù)載的無(wú)功消耗 , 使其盡可能在滿載下運(yùn)行 , 達(dá)到提高自然功率因數(shù)的目的。（ 2） 根據(jù)負(fù)荷選用相匹配的變壓器。電力變壓器一次側(cè)功率因數(shù)不但與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān) , 而且與負(fù)荷率有關(guān) , 若變壓器滿載運(yùn)行 ,一次側(cè)功率因數(shù)僅比二次側(cè)降低約3 - 5% ；若變壓器輕載運(yùn)行 ,當(dāng)負(fù)荷小于 0.6 時(shí),一次側(cè)功率因數(shù)就顯著下降,下降達(dá) 11 - 18%,所以電力變壓器的負(fù)荷率在

12、0.6 以上運(yùn)行時(shí)才較經(jīng)濟(jì) ,一般應(yīng)在 60% - 70% 比較合適。為了充分利用設(shè)備和提高功率因數(shù) , 電力變壓器一般不宜作輕載運(yùn)行。 當(dāng)電力變壓器負(fù)荷率小于 30%時(shí), 應(yīng)當(dāng)更換成容量較小的變壓器。根據(jù)變壓器的最佳負(fù)載系數(shù)合理選用變壓器， 將變壓器進(jìn)行更換及調(diào)整， 在負(fù)載小的時(shí)候切除部分變壓器，這樣可以減少無(wú)功功率的需求量，使自然功率因數(shù)得到提高。（ 3） 保證電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量。異步電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無(wú)功功率的主要因素。 當(dāng)定轉(zhuǎn)子間氣隙增大或定子線圈減少時(shí)都會(huì)使勵(lì)磁電流增大 , 從而增加向電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率而使功率因數(shù)降低 , 因此要提高檢修質(zhì)量 , 保證電動(dòng)

13、機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)。（ 4）對(duì)于容量較大且又不需要調(diào)速的電動(dòng)機(jī) , 應(yīng)盡量選用同步電動(dòng)機(jī)。 通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流處于過(guò)勵(lì)狀態(tài) , 使其功率因數(shù) cos 的相位角變?yōu)槌?( 即成為感性負(fù)載 ),這樣同步電動(dòng)機(jī)不僅不會(huì)吸收無(wú)功功率 , 而且還可向電網(wǎng)輸出無(wú)功功率 , 以補(bǔ)償其他感性負(fù)載的無(wú)功功率要求 , 達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。通常對(duì)低速、恒速且長(zhǎng)期連續(xù)工作的容量較大的電動(dòng)機(jī)，宜采用同步電動(dòng)機(jī)組 , 如軋鋼的電動(dòng)機(jī)組、球磨機(jī)、空壓機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備。這些設(shè)備采用同步電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)時(shí)，其容量一般在 250KW以上環(huán)境與啟動(dòng)條件均能滿足同步電動(dòng)機(jī)的要求，而且停歇時(shí)間較少，因此對(duì)改善功率因數(shù)能起很

14、大作用。4.2 功率因數(shù)的人工補(bǔ)償人工補(bǔ)償又稱無(wú)功補(bǔ)償 , 主要方法是在負(fù)載附近裝設(shè)一些能夠提供無(wú)功功率的設(shè)備 , 使無(wú)功功率就地得到補(bǔ)償 , 從而有效地提高功率因數(shù)。 最常用的方法是采用電力電容器補(bǔ)償無(wú)功 , 即在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器。其電路圖和相量圖如下圖所示。i+.i cI ci1RuC.L1.UI_.I 1（ a）（ b）圖 1 電容器與電感性負(fù)載并聯(lián)以提高功率因數(shù)（ a）電路圖（ b）相量圖并聯(lián)電容器以后，電感性負(fù)載的電流 I1 UX L和功率因數(shù)R22cos 1 R均未變化，這是因?yàn)樗与妷汉拓?fù)載參數(shù)沒(méi)有改變。 但電壓R2X L2u 和線路電流 i之間的相位差 變小了，即 cos

15、變大了。這里我們所講的提高功率因數(shù)，是指提高電源或電網(wǎng)的功率因數(shù)， 而不是指提高某個(gè)電感性負(fù)載的功率因數(shù)。在電感性負(fù)載上并聯(lián)了電容器以后，減少了電源與負(fù)載之間的能量互換。這時(shí)電感性負(fù)載所需的無(wú)功功率，大部分或全部都是就地供給（有電容器供給） ，就是說(shuō)能量的互換現(xiàn)在主要或完全發(fā)生在電感性負(fù)載與電容器之間， 因而使發(fā)動(dòng)機(jī)容量得到充分利用。其次，由相量圖可見(jiàn)， 并聯(lián)電容器以后線路電流也減少了 （電流相量相加），因而減小了功率損耗。對(duì)于采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償， 按其在供電系統(tǒng)中安裝的位置來(lái)分， 可分為集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和就地補(bǔ)償三種。（ 1）集中補(bǔ)償：即在高、低壓配電所內(nèi)設(shè)置若干組電容器組，電容器接在配電母線上，補(bǔ)償該配電所供電范圍內(nèi)的無(wú)功功率， 并使總功率因數(shù)達(dá)到所規(guī)定的值以上。如果電容器組容量較大，可采用電容器柜，如果企業(yè)配電容量大，需大量采用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，則另外建造電容器室。（ 2）分組補(bǔ)償： 有的企