功率與功率因數(shù)問題

1、在交流電路中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率。 而視在功率為有功功率和無功功率的相量和。有功功率：P=UI cos 0無功功率：Q=UIsin 0視在功率：S=UI=（有功功率的平方+無功功率的平方）開根號無功功率的正負(fù)其實是線路中電流與電壓的關(guān)系，負(fù)載呈容性時，電流超前電壓，為正值； 負(fù)載為感性時，電流滯后電壓，為負(fù)值。電能表的正、反向是與電能的受（送）相關(guān)的，一般用戶接受系統(tǒng)的電能，叫正向，用戶內(nèi) 部發(fā)電向系統(tǒng)送電，叫反向；1、當(dāng)系統(tǒng)向用戶輸送有功和無功時，電能表工作在第I象限，電能表顯示有功是正值，無 功也是正值；這最常見的一種方式，大部分用戶也都是這種方式

2、；2、當(dāng)系統(tǒng)向用戶輸送無功，用戶向系統(tǒng)反送有功時，電能表工作在第n象限，電能表顯示 有功是負(fù)值，無功是正值；有些自發(fā)電的用戶在有功電能發(fā)的多的情況下，可能有有功電 能向網(wǎng)上送的情況；3、當(dāng)用戶向系統(tǒng)反送有功和無功時，電能表工作在第川象限，電能表顯示有功是負(fù)值，無 功也是負(fù)值；有些自發(fā)電的用戶在內(nèi)部沒有負(fù)荷時，出現(xiàn)和專業(yè)電廠一樣，有功和無功全 部向網(wǎng)上輸送；4、當(dāng)系統(tǒng)向用戶輸送有功，用戶向系統(tǒng)反送無功時，電能表工作在第W象限，電能表顯示 有功是正值，無功是負(fù)值；說明該用戶在從網(wǎng)上取有功，但內(nèi)部電容器等投多了，向網(wǎng)上 輸送無功；我們按下面的要求定義實際功率的方向： 正向有功功率：即輸入有功功率，是

3、電網(wǎng)向用戶送電，是用戶用電功率； 反向有功功率：即輸出有功功率，是用戶向電網(wǎng)送電，是用戶發(fā)電功率； 正向無功功率：即輸入無功功率，是電網(wǎng)向用戶送無功，是用戶用無功功率； 反向無功功率：即輸出無功功率，是用戶向電網(wǎng)送無功，是用戶發(fā)無功功率； I象限無功：輸入有功功率，輸入無功功率，用戶為阻感性負(fù)載；n象限無功：輸出有功功率，輸入無功功率，用戶負(fù)荷相當(dāng)于一臺欠勵磁發(fā)電機； 川象限無功：輸出有功功率，輸出無功功率，用戶負(fù)荷相當(dāng)于一臺過勵磁發(fā)電機； w象限無功：輸入有功功率，輸出無功功率，用戶為阻容性負(fù)載；有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量 （機械能、光能、熱能

4、 ）的電功率。比如： 5.5 千瓦的電動機就是把 5.5 千瓦的電能轉(zhuǎn)換為機械 能，帶動水泵抽水或脫粒機脫粒； 各種照明設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換為光能， 供人們生活和工作照明。 有功功率的符號用 P表示，單位有瓦（W）、千瓦（kW）、兆瓦（MW）。無功功率比較抽象， 它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換， 并用來在電氣設(shè)備中建立和維 持磁場的電功率。 它不對外作功， 而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊?凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備， 要建立磁場，就要消耗無功功率。比如 40 瓦的日光燈，除需 40 多瓦有功功率 （鎮(zhèn)流器也需 消耗一部分有功功率 ）來發(fā)光外，還需 80 乏左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場 用。由于

5、它不對外做功，才被稱之為“無功”。無功功率的符號用 Q表示，單位為乏（Var）或千乏 （kVar）。無功功率決不是無用功率， 它的用處很大。 電動機需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場， 使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動，從而帶動機械運動， 電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉(zhuǎn)動， 變壓器也不能變壓， 交流接觸器不會吸合。 為了形象地說明 這個問題，現(xiàn)舉一個例子：農(nóng)村修水利需要開挖土方運土，運土?xí)r用竹筐裝滿土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是無功功率，竹筐并不是沒用，沒有竹筐泥土怎么運到堤上呢？

6、在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運行。無功功率對供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：（1）降低發(fā)電機有功功率的輸出。降低輸、變電設(shè)備的供電能力。（3 ）造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。（4）造成低功率因數(shù)運行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。從發(fā)電機和高壓輸電線供給的無功功率， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要， 所以在電網(wǎng)中要設(shè) 置一些無功補償裝置來補充無功功率， 以保

7、證用戶對無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在 額定電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)無功補償裝置的道理。2功率因數(shù)電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機、 變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù)載。 電感性 負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，通常用相位角0的余弦cos©來表示。cos0稱為功率因數(shù)，又叫力率。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項重要指標(biāo)。功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。（1）自然功率因數(shù)：是指用電設(shè)備沒有安裝無功補償設(shè)備時的功率因數(shù)，或者說用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。 自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備的負(fù)荷

8、性質(zhì)，電阻性負(fù)荷（白熾燈、電阻爐）的功率因數(shù)較高，等于 1,而電感性負(fù)荷（電動機、電焊機）的功率因數(shù)比 較低，都小于1。（2）瞬時功率因數(shù)：是指在某一瞬間由功率因數(shù)表讀出的功率因數(shù)。瞬時功率因數(shù)是隨 著用電設(shè)備的類型、負(fù)荷的大小和電壓的高低而時刻在變化。（3）加權(quán)平均功率因數(shù)：是指在一定時間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值提高功率因數(shù)的方法有兩種，一種是改善自然功率因數(shù)，另一種是安裝人工補償裝置功率因數(shù)超前和滯后在交流電路中電壓和電流的相位有三種情況，當(dāng)負(fù)載是純電阻性質(zhì)時，電壓和電流相位相同；當(dāng)負(fù)載是（或含有）電感性質(zhì)時，電壓相位超前電流；當(dāng)負(fù)載是（或含有）容性負(fù)載時， 電壓相位滯后電流，或者說，電流相位

9、超前電壓，也就是你說的“容性電流”。如：平常用 的異步電機，就是感性負(fù)載，用來補償電網(wǎng)功率因數(shù)的補償電容就是容性負(fù)載。換一句話說，我們單方面討論電流的關(guān)系， 把電壓作為一個對比的定值 ,這個時候可以表述為 如是容性負(fù)載（電容器），那么他會導(dǎo)致最終電流超前90度，如果是電感則產(chǎn)生最終電流超前-90度（即滯后90度）反過來說，在平面直角坐標(biāo)系中， 假設(shè)電壓為X軸水平方向，則是否超前則為 Y軸垂直方向， 當(dāng)為容性負(fù)載時為 Y正半軸部分，感性負(fù)載為 Y負(fù)半軸部分無論是正超前還是負(fù)超前（滯后）都會導(dǎo)致功率因數(shù)下降，而純阻性負(fù)載其超前角或滯后角 是0度，這個時候功率因數(shù)為1正因為容性和感性具有這種相反的性

10、質(zhì)，那么當(dāng)使用電動機等感性負(fù)載時，會導(dǎo)致嚴(yán)重的負(fù)超前，這個時候就應(yīng)當(dāng)使用足夠的電容器進(jìn)行補償，使其無限逼近0度，保證功率因數(shù)無限的逼近1。總之，功率因數(shù)下降，無論是正超前還是負(fù)超前都回導(dǎo)致下降，只有為0時才是最高的，而感性負(fù)載一應(yīng)用就肯定是負(fù)的了。所以就要用電容補償讓他接近0。超前和滯后，對于送電系統(tǒng)而言，會導(dǎo)致輸送的有功能量下降 ，無功上升，換句話說，線路已經(jīng) 負(fù)載50KW勺功率，但事實上由于超前等原因功率因數(shù)下降，線路實際輸送的能量對設(shè)備做的功可能遠(yuǎn)小于50KW比如結(jié)果是5KW那么我們就等價于用 50KW殳計容量的線路去帶動一個 5KW勺負(fù)載，這對于電網(wǎng)而言，這種損失是不可估量的補償?shù)脑捵詈唵蔚恼f，容性超前用電感補償，感性滯后用電容補償，使其即不超前也不滯后補充一點：就目前而言，國家規(guī)定的用電設(shè)備功率因數(shù)不能低于0.9,否則就會罰款（或者說加收損耗的費用），因此很多單位用電時，都使用無功補償裝置在設(shè)備自身上補償，同時也在單位的總線 上集中補償，一般也都是用繼電器投切電容器的為多，畢竟現(xiàn)在大多都是感性滯后的此外，有部分先進(jìn)點的補償裝置使用了雙向晶體門閘管投切電容和電感，使得投切加快，但電容和電感補償必然不可能達(dá)到很高功率因數(shù)，而且不可以頻繁操作，否則會有危險這個時候，部分單位，比如一些數(shù)據(jù)中心，一