2 輕載降壓運(yùn)行提高功率因數(shù)

2輕載降壓運(yùn)行提高功率因數(shù)理論分析表明電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和運(yùn)行效率與其端電壓之間存在如下的數(shù)量關(guān)系日〕sU=.st'osTR日〕sU=.st'osTR式中,sN,s）電動(dòng)機(jī)額定工況和降壓運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率；cosUn,cosU）電動(dòng)機(jī)額定工況和降壓運(yùn)行的功率因數(shù);Gn,G）電動(dòng)機(jī)額定工況和降壓運(yùn)行的效率；UN,U）電動(dòng)機(jī)額定電壓和降壓運(yùn)行時(shí)的實(shí)際電壓；KU）電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓系數(shù)，其值為電動(dòng)機(jī)降壓運(yùn)行時(shí)的實(shí)際電壓U與額定電壓UN之比；K1）電動(dòng)機(jī)的空載電流系數(shù)，K1=I0/IN;I0,IN）電動(dòng)機(jī)的空載電流和額定電流;B）電動(dòng)機(jī)的負(fù)載系數(shù)。從式（1）、式（2）可以看出，降低電壓可以提高功率因數(shù),但同時(shí)考慮到效率時(shí)不難看出并不是所有的降壓運(yùn)行都能達(dá)到節(jié)能的目的,只有當(dāng)電壓降低程度大于轉(zhuǎn)差率及功率因數(shù)上升程度時(shí),才能使效率得到提高。因此必須求得一定負(fù)載時(shí)的最佳調(diào)壓系數(shù)，即電動(dòng)機(jī)在此電壓下的損耗最低,功率因數(shù)和效率都高。不同負(fù)載下最佳電壓調(diào)節(jié)系數(shù)Kum可按下式確定式中,2PN）電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的有功損耗；P0）電動(dòng)機(jī)的空載損耗；K）計(jì)算系數(shù),K=（P0-Pfw）/2PN,Pfw）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗；B）電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率；P2）電動(dòng)機(jī)的輸出功率；PN）電動(dòng)機(jī)的額定功率。常采用的降壓運(yùn)行措施有以下兩種:（1）定子繞組v-Y改接實(shí)現(xiàn)降壓:對(duì)于額定電壓為380V,v接法并有六個(gè)出線端子的電動(dòng)機(jī),可以在輕載或空載時(shí)通過定子繞組v-Y改接來降壓。在忽略定子繞組阻抗的條件下，改接后繞組中電勢(shì)、磁通量都只有原來的1/3，空載電流大大減小，電動(dòng)機(jī)的總電流有所減小，功率因數(shù)得到提高，雖然這種簡單易實(shí)現(xiàn)的v-Y改接調(diào)壓設(shè)備體積小、成本低、壽命長、動(dòng)作可靠，但是由于改接后的電壓降壓系數(shù)（1/3）是固定不變的，不能隨負(fù)載變化而變化，對(duì)功率因數(shù)的改善效果不明顯。（2）軟起動(dòng)器輕載降壓:雙向晶閘管調(diào)壓軟起動(dòng)器按起動(dòng)時(shí)間逐步調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，以控制電壓的變化，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑起動(dòng)，避免沖擊，在電機(jī)輕載運(yùn)行時(shí)，還可以通過降低電機(jī)端電壓來提高電機(jī)的功率因數(shù)，減少電機(jī)的銅耗和鐵耗。由于軟起動(dòng)器的調(diào)壓范圍大，可以根據(jù)負(fù)載的變化選擇不同的電壓調(diào)整系數(shù)，功率因數(shù)調(diào)節(jié)范圍大。1功率因數(shù)的定義在交流電路中，有三種重要的功率參數(shù)，分別是有功功率、無功功率和視在功率。功率因數(shù)是數(shù)電過程中視在功率供給有功功率消耗所占百分比。1.1有功功率電路中電能通過用電負(fù)載轉(zhuǎn)換為其他形式的能量（如機(jī)械能、光能、熱能、化學(xué)能等），參加能量轉(zhuǎn)換的實(shí)際電功率被稱為有功功率，也叫平均功率，是電路中實(shí)際消耗的功率。單相電路中，有功功率P=UIcose三相電路中，有功功率P=3Ulcose其中，U為相電壓，I為相電流，令為線電壓與線電流的相角。1.2無功功率電路中的無功功率，分別是由交流電路中的電感成分和電容產(chǎn)生的，稱為感性無功功率與容性無功功率。單相電路中，無功功率QL=ULI或QC=UCI三相電路中，無功功率 Q=UIsin^1.3視在功率視在功率是交流電路中電源供給負(fù)載的總功率。這種負(fù)載里可能有電阻和電感，還可能有電容器，在這種綜合性負(fù)載電路中，電阻需要消耗有功功率，而電感和電容則需要做能量交替交換的無功功率，電源供給這種綜合性負(fù)載中的總功率包含著有功功率和無功功率兩部分。單相電路中，視在功率 S=UI三相電路中，視在功率22SPQ=+1.4功率因數(shù)在交流電路中，電壓與電流之間的相位差⑷的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào)cose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cose=PS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1，一般具有電感或電容性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。2影響功率因數(shù)的主要因素2.1異步電動(dòng)機(jī)及變壓器的負(fù)載情況。異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)與負(fù)載密不可分，在額定負(fù)載是功率因數(shù)在08以上，而在空載時(shí)功率因數(shù)僅為0.2~0.3。電動(dòng)機(jī)負(fù)載率與功率因數(shù)的關(guān)系見下表。表1負(fù)載率00.250.50.751cost0.2 0.5 0.77 0.85 0.88變壓器消耗的無功功率約為其額定容量的10%?15%,空載時(shí)的無功功率約為滿載時(shí)的1/3。因此，要提高功率因數(shù)就要盡量避免電動(dòng)機(jī)與變壓器的空載或輕載運(yùn)行。2.2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，無功功率將增長得很快，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)，一般工廠的無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無功功率也相應(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。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。2.3用電設(shè)備自身的功率因數(shù)。2.4電網(wǎng)頻率的波動(dòng)。3.提高功率因數(shù)的意義3.1提高功率因數(shù)能提高設(shè)備的利用率在電力系統(tǒng)中，提供電能的發(fā)電機(jī)是按要求的額定電壓UN和額定電流IN設(shè)計(jì)的。發(fā)電機(jī)長期運(yùn)行時(shí)，其電壓和電流都不能超過額定值，否則會(huì)使發(fā)電機(jī)的壽命縮短，甚至損壞。發(fā)電機(jī)的容量是額定電壓與額定電流之積UNIN,他是發(fā)電機(jī)在安全運(yùn)行下所能產(chǎn)生的最大功率。發(fā)電機(jī)在額定電壓與額定電流下運(yùn)行時(shí)送出的有功功率P與所接負(fù)載的功率因數(shù)cose密切相關(guān)，即P=UIcos^只有當(dāng)所接負(fù)載是電阻時(shí)，cose=1，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率恰好等于其容量。當(dāng)負(fù)載是感性或容性時(shí)，由于cose<1，發(fā)電機(jī)輸出的功率要小于其容量，發(fā)電機(jī)的不到充分的利用。因此為了盡可能的提高發(fā)電機(jī)的利用率，必須提高功率因數(shù)。3.2提高功率因數(shù)能降低輸電線上的損耗設(shè)輸電線上的損耗2PllRI=，當(dāng)UL是負(fù)載端電壓的有效值時(shí)，負(fù)載吸收的有功功率為 cosLLPUIe=負(fù)載上的電流為cosLLPIUe=。則此電流流過輸電線，在輸電線的電阻上產(chǎn)生的損耗為

cosLllLPPRU當(dāng)負(fù)載cosLllLPPRU當(dāng)負(fù)載cose較低時(shí)，線路中的電流會(huì)增大，從而引起線路損耗增大，而當(dāng)UL和IL不變時(shí)，提高功率因數(shù)cose會(huì)降低輸電線上的損耗。3.3提高功率因數(shù)能改善供電質(zhì)量已知功率因數(shù)越低，線路上的電流I越大，由于線路上的阻抗存在，則必然造成電壓損失，是線路電壓降低。若電壓損失過大，電網(wǎng)末端就會(huì)長期處于低電壓運(yùn)行狀態(tài)，引起變壓器過負(fù)荷、電動(dòng)機(jī)過熱、日光燈不能啟輝、點(diǎn)燈昏暗等后果。因此提高功率因數(shù)能減小電壓損失，滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活對(duì)供電電源的質(zhì)量要求。3.4提高功率因數(shù)能減少電力設(shè)備的投資為盡量減小輸電線路上的功率損耗，往往會(huì)增加導(dǎo)線截面積以減小阻抗。而在有功