1系統(tǒng)功率因數(shù)含義及其計(jì)算

1、系統(tǒng)功率因數(shù)的含義及其計(jì)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(gè)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(fù)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(duì)具有電感的電氣設(shè)備如日光燈、電動(dòng)機(jī)等，功率因數(shù)小于1，從功率三角形的圖中，運(yùn)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(shuō)明電路中用于交變磁場(chǎng)吞吐轉(zhuǎn)換的無(wú)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(mén)對(duì)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(gè)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(lái)表示的。由于不同的交流電路其負(fù)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(fù)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(wèn)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(duì)三相交流電路同樣也是適用的，只是此時(shí)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(jiàn)

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(tái)發(fā)電機(jī)的容量為100KW，若負(fù)載的功率因數(shù) COS= 1,則發(fā)電 機(jī)能輸出100KW的有功功率；若負(fù)載的功率因數(shù)降到 06,則此時(shí)發(fā)電機(jī)最多 只能輸出：100X 0.6= 60VKW)的有功功率，說(shuō)明這時(shí)發(fā)電機(jī)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(jì)算外，在實(shí)際工作中， 功率因數(shù)可由變、配間安裝的有功電度表和無(wú)功電度表的讀數(shù)來(lái)求得。由于：無(wú)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(dòng)機(jī)、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(dòng)機(jī)，在空載時(shí)的功率因數(shù)只有020.3 ;在輕載時(shí)均為0.5 ;在額定負(fù)載時(shí)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(fù)載的功率因數(shù) 低，會(huì)引起一些不良后果，主要表現(xiàn)有兩個(gè)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(jī)和變壓器等設(shè)備，在正常情況下，不允許長(zhǎng)期超過(guò)額定電壓和額定電流運(yùn) 行。所以當(dāng)電壓和電流都已達(dá)到額定值時(shí)，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(duì)輸電和配電線路來(lái)說(shuō)，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(shí)，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(shí)，勢(shì)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(huì)使整個(gè)線路的供電質(zhì)量降低。從以上兩方面來(lái)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(xiàng)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(wú)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(wú)功功率。各工礦企業(yè)中所需要的由電網(wǎng)供給的無(wú)功功率中，異步電動(dòng)機(jī)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(wú)功補(bǔ)償兩種。當(dāng)采用降低各用電設(shè)備所需的無(wú)功功率來(lái)提高功率因數(shù)時(shí)稱為提高自然功 率因數(shù)；若采用產(chǎn)生無(wú)功功率的設(shè)備來(lái)補(bǔ)償用電設(shè)備所需的無(wú)功功率以提高功 率因數(shù)的方法，稱為無(wú)功補(bǔ)償法。提高自然功率因數(shù)的辦法有：合理配用異步電動(dòng)機(jī)，即避免“大馬拉小車”，降低輕載運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的電壓；限制異步

7、電動(dòng)機(jī)的空載電流；異步電動(dòng)機(jī) 同步運(yùn)行；合理調(diào)整變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，消除變壓器的空載現(xiàn)象等。無(wú)功補(bǔ)償是指在用電負(fù)荷處，裝設(shè)一些能供給無(wú)功功率的設(shè)備，如并聯(lián)電 容器或并聯(lián)同步補(bǔ)償機(jī) 相當(dāng)于容性負(fù)載），就地供給無(wú)功功率，以減小線路中 的無(wú)功功率。由于并聯(lián)電容器較同步補(bǔ)償機(jī)經(jīng)濟(jì)，且有損耗少，維護(hù)運(yùn)行方 便，故障容易檢查等優(yōu)點(diǎn)，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(fù)載大多數(shù)是電感性負(fù)載。電感性負(fù)載的功率因數(shù)之所 以很低，是由于電感性負(fù)載本身需要向電網(wǎng)索取一定的無(wú)功功率來(lái)建立交變磁 場(chǎng)，這就導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)功率因數(shù)的降低。但并聯(lián)電容器后，電感負(fù)載需要的無(wú) 功功率就有一部分從電容器獲得補(bǔ)償，即電感

8、負(fù)載所需的磁場(chǎng)能量不再全部由 電源供給。這就減少了電源供給的無(wú)功功率，從而提高了功率因數(shù)。補(bǔ)償電容器容量計(jì)算提高功率因數(shù)所需補(bǔ)償電容器的無(wú)功功率的容量 QK ，可根據(jù)負(fù)載有功功 率的大小，負(fù)載原有的功率因數(shù)cos機(jī)及提高后的功率因數(shù)cos來(lái)決定，其計(jì)算 方法如下：設(shè)有功功率為P，無(wú)電容器補(bǔ)償時(shí)的功率因數(shù) cos機(jī)，則由功率三角形可 知，無(wú)電容器補(bǔ)償時(shí)的感性無(wú)功功率為：Q1 = Ptg 機(jī)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(wú)功功率為：Q = Ptg 由電容器補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率 QK顯然應(yīng)等于負(fù)載并聯(lián)電容器前后的無(wú)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(bǔ)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(duì)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(dòng)機(jī)，其負(fù)載為180KW?，F(xiàn)需將功率因數(shù)提高 到cos= 0.95,試求在負(fù)載端加裝補(bǔ)償電容器無(wú)功功率的容量是多少？單位：kvar)解：貝卩：QK = Pvtg 機(jī)一tg = 180 x 1.33 0.33)= 180kvar1kvar 19.875uf單臺(tái)電動(dòng)機(jī)無(wú)功補(bǔ)償量的選擇1)單臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償量應(yīng)把電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的功率因數(shù)補(bǔ)償至1為原則，如以滿載時(shí)作依據(jù)，空載時(shí)必為過(guò)補(bǔ)償。因此：LJ式中:U 電動(dòng)機(jī)的額定電壓VKV )Io電動(dòng)機(jī)的空載電流A)Q 無(wú)功補(bǔ)償容