电机功率因数

什么是电机的功率因数

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。cosφ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。

cosφ——功率因数；

P——有功功率，kW；

Q——无功功率,kVar；

S——视在功率,kV。A；

U——用电设备的额定电压,V；

I——用电设备的运行电流,A。

功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。

(1)自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷(白炽灯、电阻炉)的功率因数较高，等于1，而电感性负荷(电动机、电焊机)的功率因数比较低，都小于1。

(2)瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。

(3)加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值.

提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。

功率因数是交流电路的重要技术数据之一。功率因数的高低，对于电气设备的利用率和分析、研究电能消耗等问题都有十分重要的意义。

所谓功率因数，是指任意二端网络(与外界有二个接点的电路)两端电压U与其中电流I之间的位相差的余弦。在二端网络中消耗的功率是指平均功率，也称为有功功率，电路中消耗的功率P，不仅取决于电压V与电流I的大小，还与功率因数有关。而功率因数的大小，取决于电路中负载的性质。对于电阻性负载，其电压与电流的位相差为0，因此，电路的功率因数最大()；而纯电感电路，电压与电流的位相差为π／2，并且是电压超前电流；在纯电容电路中，电压与电流的位相差则为－(π／2)，即电流超前电压。在后两种电路中，功率因数都为0。对于一般性负载的电路，功率因数就介于0与1之间。

一般来说，在二端网络中，提高用电器的功率因数有两方面的意义，一是可以减小输电线路上的功率损失；二是可以充分发挥电力设备(如发电机、变压器等)的潜力。因为用电器总是在一定电压U和一定有功功率P的条件下工作。

可知，功率因数过低，就要用较大的电流来保障用电器正常工作，与此同时输电线路上输电电流增大，从而导致线路上焦耳热损耗增大。另外，在输电线路的电阻上及电源的内组上的电压降，都与用电器中的电流成正比，增大电流必然增大在输电线路和电源内部的电压损失。因此，提高用电器的功率因数，可以减小输电电流，进而减小了输电线路上的功率损失。

提高功率因数，可以充分利用供电设备和线路的容量，减小设备、线路中的损耗,电机的有效功率会提高。

1) 提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这就有利于安全生产。

2) 可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。例如：当cosØ=0.5时的损耗是cosØ=1时的4倍。

3) 能提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力。

4) 可减少线路的功率损失，提高电网输电效率。

5) 因发电机的发电容量的限定，故提高cosØ也就使发电机能多出有功功率。

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。而对于目前人类所大量使用和无比依赖的电能使用，功率因数将是重中之重。

高功率因数，可提高电机设备出力。

对于3相电动机：P＝√3UIcosφ所以功率因素从0.8提高到0.9，出力提高0.1UI√3其它：感应电动机的功率因数有两种，即自然功率因数和总功率因数。自然功率因数就是设备本身固有的功率因数，其值决定

于本身的用电参数(如：结构，用电性质等)。倘若自然功率因数偏低，不能满足标准和节约用电的要求，就需设置人工补偿装置来提高功率因数，这时的功率因数叫总功率因数。由于设置人工补偿装置需增加很多投资，所以提高电动机自然功率因数是首要的任务。在农网中消耗无功功率比重最多的是感应电动机，约占60%以上，因此，研究如何提高农网中电动机的自然功率因数，减少输送的无功负荷，降损节能，提高运行效率，很有必要。本文拟探讨这个问题。

1严格控制电动机容量，提高设备负载率，达到合理运行(1)合理选用电动机容量，提高自然功率因数和效率，降低功率损失。"大马拉小车"、轻载和空载运行情况，造成电动机自然功率因数偏低，耗用无功比例较大，损失电能增加。因此，合理选择电动机容量，使之与机械负载功率相匹配，提高电动机的负载率，是改善其自然功率因数的主要方法之一。电动机的负载率与功率因数的关系如表1所示：

负载率

00.250.50.75 1

cosф0.20.50.770.850.88

由表1可知，随着负载率的提高，电动机自然功率因数也就提高了，也就是说，合理选择电动机容量，能提高其功率因数，达到节约电能之目的。电动机当其处于最佳负载率状态下运行时，其效率最高，自然功率因数最大。(2)合理使用电动机，提高自然功率因数和效率，降低功率损失。可以对轻负荷电动机容量下调，即将负荷不足的大容量电动机进行替换。当电动机的负载率kfz＜40%时，可以调换：当40%＜kfz ＜70%时，则需通过技术经济比较后，再做决定，其主要判定条件是：ΔPd1-ΔPd2＞0式中ΔPd1-原有电动机的有功损失，kWΔPd1-替换电动机的有功损失，kW2对轻负荷电动机实行降压运行，提高自然功率因数和效率，降低功率损失当负载系数kfz＜50%时，应对电动机采用降压运行，具体做法是将定子绕组由Δ改接为Y接线。不同负载率改接前后效率和功率因数的变化，如表2、表3所示。

表2感应电动机定子绕组Δ-Y变接后的效率变化

ηY/η△1.27 1.1 1.06 1.04 1.02 1.01 1.005 1

kfz0.10.20.250.30.350.40.450.5

表3感应电动机定子绕组Δ-Y变接后的功率因数变化cosф的额定值

cosфY/cosф△kfz=0.1kfz=0.2kfz=0.3kfz=0.4

kfz=0.50.781.941.81.641.491.350.801.851.731.581.431.300.821.781

.67

1.521.371.260.841.721.611.461.321.220.861.661.551.411.271.180.

881.601.491.351.221.140.901.571.431.291.171.100.921.501.361.201

.111.06当电动机负载系数kfz＜0.5时，由Δ改变Y接线降压运行后，可提高电动机的自然功率因数和效率，达到降低电能损耗的目的。由于农网中绝大部分是小容

量轻载异步电动机，故此法很适于农网中使用。

3低压网络电能(功率)损失的降低由于异步电动机自然功率因数的提高，可以减少低压网络中输送的无功负荷，从而降低其电能损失。

4结束语在农村电力网中合理选用和使用异步电动机以及对轻载电动机实行降压运行，是一种无需任何投资或投资很少的切实可行的降损措施。它可以有效地提高电动机的自然功率因数和运行效率，降低电能损耗和减少运行费用，这对供用电双方均有益处。因此，电力企业有责任，也有义务指导客户做好此项工作。