提高功率因數(shù)的意義和方法

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，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大，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530，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，保證電能質(zhì)量，是企業(yè)節(jié)能提效的重要手段。絕大多數(shù)

2、企業(yè)是用電動機(jī)作為機(jī)械的原動機(jī)，而電動機(jī)是感性負(fù)載，功率因數(shù)并不高，因此企業(yè)的能源消耗中無功能源消耗占了很大成份。盡可能的減少無功能量的消耗，是企業(yè)節(jié)能的頭等大事。對于企業(yè)而言，供電損耗主要是電動機(jī)損耗、低壓線路損耗、高壓線路損耗和變壓器損耗。安裝無功補(bǔ)償裝置后功率因數(shù)提高，線路電流會下降，這樣線路損耗降低，變壓器的有功損失也會降低。電動機(jī)損耗（即效率）是電動機(jī)本身固有的，目前Y系列的電動機(jī)的效率一般都在8595。但電動機(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)無功補(bǔ)償設(shè)備，提高功率因數(shù)，對于企業(yè)的降損節(jié)電、用電系統(tǒng)的安全可靠運(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機(jī)和電

3、力變壓器。異步電動機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時(shí)的無功功率和一定負(fù)載下無功功率增加值兩部分所組成,改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率,它和負(fù)載率的大小無關(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。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。3. 提高

4、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),PCOS,這就是說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=UN IN。它表示該設(shè)備允許輸出的最大有功功率,換句話說,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,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 COSSN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

5、。 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I1/COS這就是說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,說明線路上的無功功率越大,因而通過線路的電流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),電力部門對

6、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,以資獎勵(lì)。由下表可見,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)際功率因數(shù)月電費(fèi)減少實(shí)際功率因數(shù)月電費(fèi)增加實(shí)際功率因數(shù)月電費(fèi)增加0.850.00.840.50.707.50.860.10.831.00.698.00.870.20.821.50.688.50.880.30.812

7、.00.679.00.890.40.802.50.669.50.900.50.793.00.6510.00.910.650.783.50.6411.00.920.800.774.00.6312.00.930.950.764.50.6213.00.941.001.100.755.00.6114.00.745.50.6015.00.736.0功率因數(shù)自0.59及以下，每降低0.01電費(fèi)增加20.726.50.717.04. 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，采取措施來減少供電系統(tǒng)中無功功率的需要量。它不需增加投資，是最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方

8、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)電又減少開支的效果。其主要有：（1）正確選用異步電動機(jī)的型號與容量合理使用電動機(jī)；選擇電動機(jī)既要注意機(jī)械性能,又要考慮電器指標(biāo)。若電動機(jī)長期處于低負(fù)載下運(yùn)行,既增大功率損耗,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機(jī)的容量。提高異步電動機(jī)的檢修質(zhì)量。異步電動機(jī)定子繞組匝數(shù)變動和電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動時(shí)對異步電動機(jī)無功功率的大小有很大的影響。采用同步電動機(jī)或異步電動機(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,使其處于過激狀態(tài),就可以使同步電機(jī)向電網(wǎng)“送出”無功功率,減少

9、電網(wǎng)輸送給企業(yè)的無功功率,從而提高企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電流,使其呈同步電動機(jī)運(yùn)行,這就是“異步電動機(jī)同步化”。調(diào)節(jié)電機(jī)的直流勵(lì)磁電流,使其呈過激狀態(tài),即能向電網(wǎng)輸出無功,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)。正確選用異步電動機(jī), 使其額定容量與所帶負(fù)載相配合, 對于改善功率因數(shù)是十分重要的。在選型方面, 要注意選用節(jié)能型, 淘汰高能耗的電動機(jī),并依據(jù)電機(jī)機(jī)械工作對啟動力矩、啟動次數(shù)、調(diào)速等方

10、面的具體要求, 選用不同的型號。電動機(jī)的效率與功率因數(shù)是反映電動機(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 12497- 90 對三相異步電機(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

11、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，這樣可以減少無功功率的需求量，使自然功率因數(shù)得到提高。（3）保證電動機(jī)的檢修質(zhì)量。異步電動機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機(jī)需要較多無功功率的主要因素。當(dāng)定轉(zhuǎn)子間氣隙增大或定子線圈減少時(shí)都會使勵(lì)磁電流增大,從而增加向電網(wǎng)

12、吸收的無功功率而使功率因數(shù)降低,因此要提高檢修質(zhì)量,保證電動機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)。（4）對于容量較大且又不需要調(diào)速的電動機(jī),應(yīng)盡量選用同步電動機(jī)。通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流處于過勵(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),這樣同步電動機(jī)不僅不會吸收無功功率,而且還可向電網(wǎng)輸出無功功率,以補(bǔ)償其他感性負(fù)載的無功功率要求,達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。通常對低速、恒速且長期連續(xù)工作的容量較大的電動機(jī)，宜采用同步電動機(jī)組,如軋鋼的電動機(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)備采用同步電動機(jī)為原動機(jī)時(shí)，其容量一般在250KW 以上環(huán)境與啟動條件均能滿足同步電動機(jī)的要求，而且停歇時(shí)間較少，因

13、此對改善功率因數(shù)能起很大作用。4.2功率因數(shù)的人工補(bǔ)償人工補(bǔ)償又稱無功補(bǔ)償,主要方法是在負(fù)載附近裝設(shè)一些能夠提供無功功率的設(shè)備,使無功功率就地得到補(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。+_（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 和功率因數(shù)均未變化，這是因?yàn)樗与妷汉拓?fù)載參數(shù)沒有改變。但電壓和線路電流之間的相位差變小了，即變大了。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

14、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)載所需的無功功率，大部分或全部都是就地供給（有電容器供給），就是說能量的互換現(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)動機(jī)容量得到充分利用。其次，由相量圖可見，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。對于采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，按其在供電系統(tǒng)中安裝的位置來分，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)行無功補(bǔ)償，則另外建造電容器室。（2）分組補(bǔ)償：有的企業(yè)小功率異步電動機(jī)較少，不可能都裝無功就地補(bǔ)償器。這時(shí)，用分組補(bǔ)償比較合適，即在車間或?qū)Χ嗯_小功率異步電動機(jī)裝設(shè)無功補(bǔ)償器。（3）就地補(bǔ)償：即把無功補(bǔ)償器直接接在異步電動機(jī)旁或進(jìn)線端子上。這種補(bǔ)償方法相當(dāng)于把無功電源直接搬移到異步電動機(jī)旁，使異步電動機(jī)所需要的大部分無功功率由無功就地補(bǔ)償器供給，無功功率僅在異步電動機(jī)和并聯(lián)電容器之間流動。從而消除了無功電流在高、低壓線路上的流動，減少線路負(fù)荷和損耗。綜本論文所述