功率因数的提高与节能

功率因数的提高与节能

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班级：机制一班

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功率因数的提高与节能

摘要：功率因数的高低关系到输配电线路、设备的供电能力，也影响到其功率损耗。本文从理论上分析了提高功率因数对于节约电能，降低损耗，提高输配电设备的供电能力方面的数量关系。

关键词：功率因数、节能降损

作者简介：温忠宝08机制本一班4080105127

前言

功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。对于农村电负荷来说，主要是一些小加工业及照明负荷，其中大部分用电设备为感性负载，其功率因数都很低，影响了线路及配电变压器的经济运行。通过合理配置无功功率补偿设备，以提高系统的功率因数，从而达到节约电能，降低损耗的目的。

一．功率因数

在交流电路中，电压与电流之间的相位差(ϕ)的余弦叫做功率因素(Power Factor)，用符号ϕ

cos表示，在数值上，功率因数是有功功率P和视在功率S ϕ。

的比值，即S

cos=

P/

二．提高功率因数的意义

1. 通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。

2. 藉由良好功因值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。

如110KV 以下的线路，其电压损失可近似为：()e

U QX PR U +=

∆ 其中：△U －线路的电压损失，KV

e U --线路的额定电压， kv P －－线路输送的有功功率，kw

Q --线路输送的无功功率，kvar

R --线路电阻，Ω

X --线路电抗，Ω

由上式可见，当用户功率因数提高以后，它向电力系统吸取的无功功率就要减少，因此电压损失也要减少，从而改善了用户的电压质量。

3. 可以增加系统的裕度，挖掘出了发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器后，可以提高功率因数，增加负载的容量。

举例而言，将1000KVA 变压器之功率因数从0.8提高到0.98时：

补偿前：1000×0.8=800KW

补偿后：1000×0.98=980KW

同样一台1000KVA 的变压器，功率因数改变后，它就可以多承担180KW 的负载。

4. 减少了用户的电费支出；透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。

三．提高功率因数的方法

根据感性负载的阻抗三角形，如图1，其中阻抗│L Z │=22L X R +，由图

L X

R │L Z │

ϕ

可知，功率因数角R X arct L /an =ϕ。欲提高功率因数ϕcos ，即需降低功率因数角。由图可知，在允许的范围内，改善用电设备自身参数结构，适当增大电阻R 或减小感抗X ，以提高其功率因数。

提高功率因数最常用的方法就是在需要无功的用电或供电设备上并联无功补偿电容器，这样，上述设备所需要的无功功率，便可由并联电容器供给。由原来的功率因数补偿到所需要的功率因数，需要并联的电容器容量可用下式计算：

⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡---=1cos 11cos 12212ϕϕP Q 式中:Q ——应补偿的无功功率，kvar ；

P ——最大负荷月的平均有功负荷，kw ；

1cos ϕ——补偿前的功率因数；

2cos ϕ——补偿后的功率因数。

对于家庭用电，如日光灯原理如图，可根据推导求出并联电容值。

并联电容器将电路的功率因数提高到X 。

说明：

功率因数χϕλ==22cos 22arccos ϕϕ=

电容电流为： 21sin sin ϕϕI I I RL C -=

因为并联电容前后电路有用功率不变

C U

C I

U L I

图

11

cos ϕU P I RL = 21cos ϕU P I =

)tan (tan sin )cos (sin )cos (211221111ϕϕϕϕϕϕ-=-=U

P U P U P I C C U X U I C

C ω== )tan (tan 2121ϕϕω-=U P C 在实际应用中，可根据事先计算好的表格查出所需补偿的无功容量。

人工补偿无功功率的方法，除采用并联电容器外，在电力部门还有用同步调相机补偿的。由于同步调相机投资高，有功功率损耗大(比电容器大5～10倍)，运行、维护管理都较复杂，工矿企业很少采用。但用户使用的绕线式异步电动机可以同步化运行(即将绕线式异步电动机的转子绕组通入直流励磁电流，实现同步运行)，提高用户的功率因数，特别是大功率容量的电动机实现同步运行经济效果更好。但异步电动机同步化也有其不足之处，如在重负载情况下(负载超过60% ～80%时)，牵入同步较困难，同时容易失步；操作过程较为复杂，宜用于起停少的负载；同时需要增加一套整流装置，增加了维修工作量。用户要避免大电动机拖动小负载工作，它会导致负荷的功率因数下降，增加了耗电量。运行电动机的负荷一般要求达到额定容量的70%以上，运行才是经济的功率因数与无功功率的关系。

四．结语

功率因数的提高，减少了无功功率，从而提高了用电效率，节约了电能。而对于居民用电来说，随着家庭用电量的迅速增加，家庭用电系统功率因数的大小，在很大程度上决定着电能是否能够更加充分的利用。