電路功率因數(shù)的提高[1].doc

科技論文電路功率因數(shù)的提高與應(yīng)用 化二動(dòng)檢電氣運(yùn)行一班 劉海瑜 2012.06.15電路功率因數(shù)的提高與應(yīng)用【摘要】本文探討電路中提高功率因數(shù)的方法，介紹感性負(fù)荷并聯(lián)電容器來(lái)補(bǔ)償電路原理及使用中注意問題進(jìn)行闡述?！娟P(guān)鍵詞】功率因素的意義；功率損耗；電感；電壓損失；電容器及使用注意Methods to improve circuit power factor projectsLi Yun-jiang(Jiangmen Wuyi Construction Supervision Co., Ltd.JiangmenGuangdong529000)【Abstract】This article discusses the circuit approach to improve power factor on perceptual load capacitors in parallel to compensate for the use of circuit theory and attention on issues.【Key words】Meaning of power factor; Power loss; Inductors; Voltage loss; Capacitor and use of attention.近幾年來(lái)廠礦建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了高層次的發(fā)展，安裝空調(diào)、消防、網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控、電梯等系統(tǒng)，居民家庭用電也在提高；因此供電要求的功率也大大增加。因絕大多數(shù)的用電設(shè)備大部分屬于感性負(fù)荷，感性負(fù)荷增加無(wú)功功率損耗，降低了功率因數(shù)，所以必須要提高功率因素。 1. 功率因數(shù)的意義 電網(wǎng)經(jīng)由輸配電系統(tǒng)送至用戶端的電力（市電）是電壓一般200240V，頻率5060Hz的交流電，而電氣產(chǎn)品的負(fù)載阻抗有三種狀況，包括電阻性、電容性和電感性等，其中只有電阻性負(fù)載會(huì)消耗功率而產(chǎn)生如光、音或熱等能源轉(zhuǎn)換，而純電容性或純電感性負(fù)載只會(huì)儲(chǔ)存能量，并不會(huì)造成能量的消耗。分別給純電阻性、純電容性和純電感性負(fù)載加上交流電壓后的電壓（V）、電流（I）及功率（P）后產(chǎn)生的電路簡(jiǎn)圖和波形用來(lái)分析。電力消耗的瞬時(shí)功率為電壓的乘積，即P=VI，我們可以把波形圖上每一個(gè)V和I的弦波圖形相乘而得到另一個(gè)弦波圖形P，則發(fā)現(xiàn)到的是純電阻性負(fù)載，功率P都是在正的方向上變化（即波形在橫軸上方），而在一個(gè)周期內(nèi)電壓源V在電阻R上所做的功W為P在周期T內(nèi)和橫軸所圍繞的面積，即W=t0Pdt，由此可知加諸在電阻性負(fù)載上的電源是作實(shí)功。然而若為純電容性或電感性負(fù)載，其功率變化是在橫軸的上下來(lái)回震蕩，且每90相位變換一次，其所作的功W為P在周期T內(nèi)的積分值，即W=t0Pdt，這是因?yàn)檎嗝娣e和反相面積相互抵消之故，可見電流作功只是正相時(shí)間給負(fù)載，但是在反相時(shí)又把功要回去，所作的功是虛菌，因此純電容或純電感負(fù)載只作儲(chǔ)存能量用而不作消耗或轉(zhuǎn)換能量用。一般而言，不同的電氣產(chǎn)品其負(fù)載狀況都相當(dāng)復(fù)雜，如傳統(tǒng)電鍋、電曖爐等為純電阻性負(fù)載，馬達(dá)，洗衣機(jī)，空調(diào)等通常近似為電阻性加上電感性負(fù)載，日光燈管的負(fù)載狀況則在啟動(dòng)或穩(wěn)定狀況都不一樣，所以電壓和電流的波形越加復(fù)雜。在純電阻性負(fù)載狀況下，其電壓和電流是相同的相位，而純電容性負(fù)載狀況下，其電流的相位超前電壓90，純電感性負(fù)載電壓的相位則超前電流90，若負(fù)載是電阻性加上電容性時(shí)，視電容大小，電流的相位會(huì)超前電壓090之間，而若負(fù)載是電阻性加上電感性時(shí)，視電感大小，電流的相位會(huì)落后電壓090之間，這超前或落后的角度直接影響了負(fù)載對(duì)能量的消耗和儲(chǔ)存的狀況，因此定義了實(shí)功率為：P=VIcos（1） 其中：P功率；V交流電壓值；I交流電流值；V和I的夾角。cos的值介于01之間，此值直接影響了電流對(duì)負(fù)載作實(shí)功的狀況，稱之為“功率因數(shù)（簡(jiǎn)稱PF）”。 2. 提高功率因數(shù)的方法首先要明確關(guān)系式，在需用的有功功率P(KW)和線路的電壓UN （伏）一定時(shí)，電路中的功率因素的表達(dá)式為: cos=PUNRP10-3（2）由式1可知，提高功率因素，必須要降低線路的有功功率P的損耗，線路有功功率損耗越小，功率因數(shù)越高；反之，功率因素提高會(huì)使降低功率損耗。其次要明確電路中電壓損失的關(guān)系式： U=PR+QXUN(V)（3） 當(dāng)功率因數(shù)較高時(shí)，線路的無(wú)功功率Q將減小，電壓損失將越小，有用功率將增加，達(dá)到供電目標(biāo)。第三，提高供電設(shè)備的供電能力，降低電能成本。供電設(shè)備的供電能力(容量)是以視在功率S來(lái)表示的。由S=P2+Q2可知，由于功率因數(shù)增大，即無(wú)功功率Q減小，因而使同樣容量的供電設(shè)備所能供給的有功功率P增加，發(fā)揮應(yīng)有的供電潛力，提高了供電能力。在有功功率P一定的條件下，由于功率因數(shù)高，電路中的電流減小，會(huì)使電感磁效應(yīng)減小，端電壓提高，達(dá)到額定輸出能力。 提高功率因素的主要方法采用并聯(lián)電容器。無(wú)功功率消耗的一般情況是:感應(yīng)電動(dòng)機(jī)約占6570%，變壓器(包括整流變壓器，電爐變壓器等約占2025%，其它(包括網(wǎng)路、電抗器、感應(yīng)型電器及儀表等)約占10。降低無(wú)功功率損耗以提高功率因數(shù)，如下以感性電路并聯(lián)電容器可以提高功率因數(shù)進(jìn)行分析。3. 并聯(lián)電容器提高功率因數(shù)的分析及計(jì)算 以單相電路為例，對(duì)感性電路并聯(lián)電容器提高功率因數(shù)的原理分析和補(bǔ)償電容器的計(jì)算。電路圖根據(jù)圖1電路中有功功率公式：PL=UILcosL (4) 無(wú)功功率公式： QI=UILsinL（5）QL為電源提供的無(wú)功功率，表明電源與負(fù)載間有能量交換。為減小電源與負(fù)載徒勞往返的能量交換，可在負(fù)載處并聯(lián)貯能性質(zhì)相反的電容器，成為負(fù)載的一個(gè)組成部分，使能量在總負(fù)載中自行交換。如使總負(fù)載的功率因素為1，則電源就可不再提供無(wú)功功率。由于電容本身不消耗畫率，因而電源提供的平均功率并不改變。并聯(lián)電容后，電源提供的無(wú)功功率Q： Q= QL+QC 當(dāng)功率因素cos=1時(shí)，Q=0，因此 QC=QL 。而QC=UCIC=CU2CIC=UC/(1/2fC) =CUC，=2f,故并聯(lián)電容器的計(jì)算公式： C=QcU2（6）在三相供電系統(tǒng)中，如單相電容器的額定電壓與網(wǎng)路額定電壓相同時(shí)，則應(yīng)將電容器接成三角形接線，再與三相系統(tǒng)并聯(lián);只有當(dāng)電容器額定電壓低于網(wǎng)路額定電壓時(shí)，才把電容器接成星形接線。分析得星形接線時(shí):星形接法時(shí)： CY=QcU2 103(F) 4. 并聯(lián)電容器提高功率因數(shù)應(yīng)注意的問題比較式6和式7看出，當(dāng)需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量相同時(shí)，采用三角形接線比星形接線能節(jié)約電容二分之二;同時(shí)需要電容值與電壓的平方成反比。因此，在實(shí)際中電容器組多接成三角形結(jié)線，并盡可能接在較高的電壓側(cè)。在實(shí)際使用時(shí)，電容器的裝設(shè)地點(diǎn)有二種方式:集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償、單獨(dú)補(bǔ)償。從節(jié)能角度來(lái)說(shuō)，集中補(bǔ)償最差，一般不采用這種方法，大多采用分組補(bǔ)償。 5. 電容器運(yùn)行中的應(yīng)注意的事項(xiàng) 5.1環(huán)境溫度和工作溫度。電容器周圍環(huán)境的溫度不可太高，也不可太低。如果環(huán)境溫度太高，電容工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量就散不出去;而如果環(huán)境溫度太低，就不能滿足電容器有關(guān)技術(shù)條件規(guī)定，電容器將不能正常的工作。電容器的環(huán)境溫度一般以40為上限。如果電容器附近存在著某種熱源，有可能使室溫上升到40以上，這時(shí)就應(yīng)采取通風(fēng)降溫措施，否則應(yīng)立即切除電容器。電容器在工作時(shí)，其內(nèi)部介質(zhì)的溫度應(yīng)低于65，最高不得超過(guò)70，否則會(huì)引起熱擊穿，或是引起鼓肚現(xiàn)象。電容器外殼的溫度是在介質(zhì)溫度與環(huán)境溫度之間，一般為5060，不得超過(guò)60。 5.2工作電壓。電容器對(duì)電壓十分敏感，因電容器的損耗與電壓平方成正比，過(guò)電壓會(huì)使電容器發(fā)熱嚴(yán)重，電容器絕緣會(huì)加速老化，壽命縮短，甚至電擊穿。電網(wǎng)電壓一般應(yīng)低于電容器本身的額定電壓，最高不得超過(guò)其額定電壓10%。 5.3運(yùn)行中的放聲問題。電容器在運(yùn)行時(shí)，一般是沒有聲音的，但有時(shí)會(huì)例外。造成聲音的原因大致有以下幾種:套管放電、缺油放電、脫焊放電、接地不良放電等。在實(shí)際運(yùn)用時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。電容器組應(yīng)裝設(shè)專用的控制、保護(hù)和放電設(shè)備。電容器組的放電設(shè)備必須保證在電容器放電一分鐘后，電容器組兩端的殘壓在65V以下，以保證人身安全。 5.4爆炸問題。多組電容器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，只要其中有一臺(tái)發(fā)生了擊穿，其余各臺(tái)就會(huì)同時(shí)通過(guò)這一臺(tái)放電。放電能量很大，月永沖功率很高，使電容器油迅速汽化，引起爆炸，甚至起火。為防止這種事故，可在每臺(tái)電容器上串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娍蛊骰蛉劢z，然后并聯(lián)使用。另外，電力系統(tǒng)中并聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾娙萜鞑捎媒Y(jié)線雖有較多優(yōu)點(diǎn)，但電容器采用結(jié)線時(shí)，任一電容器擊穿短路時(shí)，將造成三相線路的兩相短路，短路電流很大，有一可能引起電容器爆炸。這對(duì)高壓電容器特別危險(xiǎn)。