功率因数的分析

功率因数的分析

前言

老师的案例教学激发了我的研究兴趣，我选取了“功率因数”这一接近实际的话题进行了讨论分析，查阅了关于功率因数的资料，感觉自己丰富了许多，使自己的论文能够从案例实际的角度出发，表述对功率因数的一些观点。

分析

（一）功率因数的定义

在电力系统中，电动机及其它带有线圈（绕组）的设备很多，这类设备除了从电源取得一部分功率作有用功外，还将耗用一部分电功率用来建立磁场。这就额外地增大了电源的负坦，功率因数cos φ，就是反映总电功率中有功功率所占的比例大小。

有功功率表达式中的P=UIcos φ，功率因数小于或等于1，功率因数的大小说明电源被利用程度，它的高低决定了电路端电压和电流之间的相位差。cos φ 小于1 电路中就发生能量互换，出现无功功率Q=UI sin φ，无功功率衡量负载与电源进行能量交换的规模。所以在计算过程中，可通过cosØ=P/S ，tgØ=P/Q （其中：P称为有功功率（KW ），Q称无功功率（Kvar )，S=U*I称为视在功率（KVA )。

（二）提高功率因数的实际意义

1、充分利用电源容量

对于电力系统中的供电部分，提供电能的发电机是按要求的额定电压和额定电流设计的，发电机长期运行中，电压和电流都不能超过额定值，否则会缩短其使用寿命，甚至损坏发电机。由于发电机是通过额定电流与额定电压之积定额的，即

S=UI 设S=1000KVA，当

cos φ小,发电机容量得不到充分利用。因此要提高其功率因数。

2．降低线路上的能量损失、电压降

对于电力系统， P=UIcos φ，当负载所需功率P和送电电压U一定时，提高功率因数cos φ会降低输电线上的电流I，进而减小线路上的功率损耗和电压降。提高电网输电效率；

在实际用电过程中，提高负载的功率因数是最有效地提高电力400KW P 4.0==时，ϕCOS 0KW

59P 95.0==时，当ϕCOS

资源利用率的方式。

在现今可用资源接近匮乏的情况下，除了尽快开发新能源外，更好利用现有资源是我们解决燃眉之急的唯一办法。

（三）提高负载因数的几种方法

包括提高自然功率因数和采用人工补偿方法：

提高自然因数的方法：

1). 恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”；

2). 对平均负荷小于其额定容量40%左右的轻载电动机，可将线圈改为三角形接法（或自动转换）；

3). 避免电机或设备空载运行；

4). 合理配置变压器，恰当地选择其容量；

5). 调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率；

6). 改善配电线路布局，避免曲折迂回等。

人工补偿法：

实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用电力电容器补偿无功，即：在感性负载上并联电容器。以下为理论解释：

在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。

在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90º，而纯电容的电流则超前于电压90º，电容中的电流与电感中的电流相差180º，能相互抵消。

电力系统中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度。图1所示，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消

一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。

L I

图1 电容器补偿原理图

并联电容器的补偿方法又可分为：

（1）． 个别补偿。即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是在实际中将电容器直接接在用电设备附近。

适合用于低压网络，优点是补尝效果好，缺点是电容器利用率

低。

（2）． 分组补偿。即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是在实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。

优点是电容器利用率较高且补偿效果也较理想（比较折中）。 （3）． 集中补偿。即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上。在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量按配电所的总无功负荷来选择。

优点:电容器利用率高，能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。缺点:不能减少用户内部配电网络的无功负荷。

实际中上述方法可同时使用。对较大容量机组进行就地无功补偿。（四）功率因数在我们身边所产生的一些有趣问题

1． 关于在网上经常看到的“功率因数超前”问题，一直感到困惑，我起初以为是负载的电流与电压之间的超前关系，结果发现并不是指这个。正确的解释是：电机并入电容,产生容性无功Qc,可以补偿感性无功。当QL=Qc时，功率因数COSΦ=W/S=1（S表示视在功率），

即从电力系统吸收的无功功率等于0。当Qc>QL时就是功率因数超前。

这样，在实际中，就会出现这样的情况：白天，用电多，Q L大，电压低，Qc一般不够；而晚上用电少，系统负荷小，电压高，用户补偿电容如不切掉，Qc>QL即前面所说“功率因数超前”。

2． 由上面的“补偿”引发的问题，让我了解到了《电力法》不像我过去想的那样简单。过去以为这个法律仅仅是针对那些偷电的，其实不然，它涉及到的情况复杂的多，比如，各大企业的功率因数有相应的规定。《电力法》可以说是一门相当专业、极为严谨的法律。

小结

在写此论文过程中，让我了解了很多知识，并让我搞懂了本来很多不明了的问题，对我的帮助很大。同时，在各种实际“案例”中，我也充分感到了电路理论的重要性和复杂性，我深深感到学好它的重要性。