提高功率因數(shù)的意義和方法精品資料

1、提高功率因數(shù)的意義和方法1.功率因數(shù)在交流電路中，電壓與電流之間的相位差 ( )的余弦叫做功率因數(shù)，用符號 cos 表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是 有功功率 和視在功率的比值，即 cos =P/S 功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)， 如白熾燈泡 、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為 1，一般具有電感負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于 1。功率因數(shù)是 電力系統(tǒng)的一個重要的技術(shù)數(shù)據(jù) ,功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個系數(shù) , 功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大， 從而降低了設(shè)備的利用率， 增加了線路供電損失。電能占企業(yè)成本的 5 30，有些企業(yè)占得更高。因此如何提高電能的利用率和使用效率， 保證電

2、能質(zhì)量， 是企業(yè)節(jié)能提效的重要手段。 絕大多數(shù)企業(yè)是用電動機作為機械的原動機， 而電動機是感性負(fù)載， 功率因數(shù)并不高， 因此企業(yè)的能源消耗中無功能源消耗占了很大成份。 盡可能的減少無功能量的消耗， 是企業(yè)節(jié)能的頭等大事。對于企業(yè)而言，供電損耗主要是電動機損耗、低壓線路損耗、高壓線路損耗和變壓器損耗。 安裝無功補償裝置后功率因數(shù)提高，線路電流會下降，這樣線路損耗降低，變壓器的有功損失也會降低。電動機損耗（即效率）是電動機本身固有的，目前Y 系列的電動機的效率一般都在85 95。但電動機的功率因數(shù)將影響整個電網(wǎng)的效率。用電系統(tǒng)裝設(shè)無功補償設(shè)備， 提高功率因數(shù)，對于企業(yè)的降損節(jié)電、用電系統(tǒng)的安全可靠

3、運行具有極為重要的意義2. 影響功率因數(shù)的主要因素異步電動機和電力變壓器。 異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負(fù)載下無功功率增加值兩部分所組成 , 改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負(fù)載率。 變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率 , 它和負(fù)載率的大小無關(guān)。 因而 , 為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù) , 變壓器不應(yīng)空載運行或長其處于低負(fù)載運行狀態(tài)。供電電壓。當(dāng)供電電壓高于額定值的 10%時, 由于磁路飽和的影響 , 無功功率將增長得很快 , 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計 , 當(dāng)供電電壓為額定值的 110%時 , 一般工廠的無功將增加 35%左右，當(dāng)供電電壓

4、低于額定值時 , 無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。3. 提高功率因數(shù)的意義 提高功率因數(shù)可以提高設(shè)備的利用率由于有功功率： P=UI COS , 當(dāng) U 和 I 為定值時 ,P COS, 這就是說在電源提供同樣的視在功率UI 情況下 , 有功功率 P 與功率因數(shù) COS的大小成正比。我們知道 , 電源設(shè)備的容量都是根據(jù)額定電壓UN和額定電流 IN 確定的 , 因此其額定視在功率為SN=UNIN。它表示該設(shè)備允許輸出的最大有功功率, 換句話說 ,假如負(fù)載 COS=1,P=UN IN COS=UN IN=SN,此時電源的容量全部轉(zhuǎn)換成有功功率

5、, 因而電源設(shè)備得到充分利用。如果 COS < 1 則電源能提供的功率為 P=UN IN COS <SN且 COS愈小, 在同樣 UN IN 下, 提供的有功功率愈小 , 電源設(shè)備愈不能充分利用。 提高功率因數(shù)可以減少線路損耗由有功功率計算式可推導(dǎo)出電流I = P/ UCOS , 當(dāng) U 和 P 一定時 , 電流 I 與COS 成反比 , 即 I 1/COS這就是說在電源輸出同樣的有功功率情況下 , 功率因數(shù)愈低 , 電流通過輸電導(dǎo)線 , 在電線路上的功率損耗愈大 , 這就意味著輸電線路上傳電能的效率低。 提高功率因數(shù)能改善供電質(zhì)量線路上輸送的有功功率為 P=UI COS, 若要求

6、有功功率 P 一定和電壓 U 不變時 , 則電流和功率因數(shù) COS成反比。 功率因數(shù)越低 , 說明線路上的無功功率越大 , 因而通過線路的電流 I 也越大 , 由于線路具有一定的阻抗 , 必然造成電壓損失 , 使線路電壓降低。 提高功率因數(shù)可以減少企業(yè)電費支出為了促進用戶提高功率因數(shù), 電力部門對工業(yè)用戶規(guī)定了按照月平均功率因數(shù)調(diào)整電費的辦法。月平均功率因數(shù)的計算方法為：月平均功率因數(shù)=月有功電度 / 戶月有功電度 +月無功電度。目前電價制度規(guī)定： 功率因數(shù)低于 0.85 時, 企業(yè)的全部電費相應(yīng)增加 , 以示懲罰 , ，功率因數(shù)高于 0.85 者時企業(yè)的全部電費相應(yīng)減少 , 以資獎勵。由下表

7、可見 , 提高功率因數(shù)減少了企業(yè)電費支出 , 即降低了產(chǎn)品制造成本。0.85 為標(biāo)準(zhǔn)值的功率因數(shù)電費調(diào)整表減收電費增收電費實際功率因月電費減實際功率因月電費增實際功率月電費增數(shù)少數(shù)加因數(shù)加0.850.00.840.50.707.50.860.10.831.00.698.00.870.20.821.50.688.50.880.30.812.00.679.00.890.40.802.50.669.50.900.50.793.00.6510.00.910.650.783.50.6411.00.920.800.774.00.6312.00.930.950.764.50.6213.00.755.00.6

8、114.00.745.50.6015.00.941.001.100.736.0功率因數(shù)自0.59 及以0.726.5下，每降低0.01 電費增0.717.0加 24. 提高負(fù)載功率因數(shù)的方法4.1 提高自然功率因數(shù)的方法提高自然功率因數(shù)， 就是不添置任何補償裝置， 采取措施來減少供電系統(tǒng)中無功功率的需要量。 它不需增加投資， 是最經(jīng)濟的提高功率因數(shù)的方法。 在不進行任何人工補償之前， 首先從提高自然功率因數(shù)著手， 能收到既節(jié)電又減少開支的效果。其主要有：（ 1）正確選用異步電動機的型號與容量合理使用電動機；選擇電動機既要注意機械性能 , 又要考慮電器指標(biāo)。若電動機長期處于低負(fù)載下運行 , 既增

9、大功率損耗 , 又使功率因數(shù)和效率都顯著惡化。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點出發(fā) , 必須正確的合理的選擇電動機的容量。提高異步電動機的檢修質(zhì)量。 異步電動機定子繞組匝數(shù)變動和電動機定、 轉(zhuǎn)子間的氣隙變動時對異步電動機無功功率的大小有很大的影響。 采用同步電動機或異步電動機同步運行提高功率因數(shù)。只要調(diào)節(jié)電機的勵磁電流 , 使其處于過激狀態(tài) , 就可以使同步電機向電網(wǎng) “送出”無功功率 , 減少電網(wǎng)輸送給企業(yè)的無功功率 , 從而提高企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵磁電流 , 使其呈同步電動機運行 , 這就是“異步電動機同步化”。調(diào)節(jié)電機的直流勵

10、磁電流 , 使其呈過激狀態(tài) , 即能向電網(wǎng)輸出無功 , 從而達到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。合理選擇配變?nèi)萘?, 改善配變的運行方式。對負(fù)載率比較低的配變 , 一般采取“撤、換、并、?！钡确椒?, 使其負(fù)載率提高到最佳值 , 從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。正確選用異步電動機 , 使其額定容量與所帶負(fù)載相配合 , 對于改善功率因數(shù)是十分重要的。 在選型方面 , 要注意選用節(jié)能型 , 淘汰高能耗的電動機 , 并依據(jù)電機機械工作對啟動力矩、啟動次數(shù)、調(diào)速等方面的具體要求 , 選用不同的型號。電動機的效率 與功率因數(shù) cos 是反映電動機經(jīng)濟運行水平的主要標(biāo), 都與負(fù)載率有密切關(guān)系。 GB/ T 1249

11、7- 90對三相異步電機三個運行區(qū)域規(guī)定如下:當(dāng)負(fù)載率在70% - 100% 之間時 ,為經(jīng)濟運行區(qū)；當(dāng) 40% 70% 時 , 為一般運行區(qū)；當(dāng) < 40% 時 , 為非經(jīng)濟運行區(qū)。因此要防止“大馬拉小車” , 減少負(fù)載的無功消耗 , 使其盡可能在滿載下運行 , 達到提高自然功率因數(shù)的目的。（ 2） 根據(jù)負(fù)荷選用相匹配的變壓器。電力變壓器一次側(cè)功率因數(shù)不但與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān) , 而且與負(fù)荷率有關(guān) , 若變壓器滿載運行 ,一次側(cè)功率因數(shù)僅比二次側(cè)降低約3 - 5% ；若變壓器輕載運行 ,當(dāng)負(fù)荷小于 0.6 時,一次側(cè)功率因數(shù)就顯著下降,下降達 11 - 18%,所以電力變壓器的負(fù)荷率在

12、0.6 以上運行時才較經(jīng)濟 ,一般應(yīng)在 60% - 70% 比較合適。為了充分利用設(shè)備和提高功率因數(shù) , 電力變壓器一般不宜作輕載運行。 當(dāng)電力變壓器負(fù)荷率小于 30%時, 應(yīng)當(dāng)更換成容量較小的變壓器。根據(jù)變壓器的最佳負(fù)載系數(shù)合理選用變壓器， 將變壓器進行更換及調(diào)整， 在負(fù)載小的時候切除部分變壓器，這樣可以減少無功功率的需求量，使自然功率因數(shù)得到提高。（ 3） 保證電動機的檢修質(zhì)量。異步電動機定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功功率的主要因素。 當(dāng)定轉(zhuǎn)子間氣隙增大或定子線圈減少時都會使勵磁電流增大 , 從而增加向電網(wǎng)吸收的無功功率而使功率因數(shù)降低 , 因此要提高檢修質(zhì)量 , 保證電動

13、機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)。（ 4）對于容量較大且又不需要調(diào)速的電動機 , 應(yīng)盡量選用同步電動機。 通過調(diào)節(jié)勵磁電流處于過勵狀態(tài) , 使其功率因數(shù) cos 的相位角變?yōu)槌?( 即成為感性負(fù)載 ),這樣同步電動機不僅不會吸收無功功率 , 而且還可向電網(wǎng)輸出無功功率 , 以補償其他感性負(fù)載的無功功率要求 , 達到提高功率因數(shù)的目的。通常對低速、恒速且長期連續(xù)工作的容量較大的電動機，宜采用同步電動機組 , 如軋鋼的電動機組、球磨機、空壓機、鼓風(fēng)機、水泵等設(shè)備。這些設(shè)備采用同步電動機為原動機時，其容量一般在 250KW以上環(huán)境與啟動條件均能滿足同步電動機的要求，而且停歇時間較少，因此對改善功率因數(shù)能起很

14、大作用。4.2 功率因數(shù)的人工補償人工補償又稱無功補償 , 主要方法是在負(fù)載附近裝設(shè)一些能夠提供無功功率的設(shè)備 , 使無功功率就地得到補償 , 從而有效地提高功率因數(shù)。 最常用的方法是采用電力電容器補償無功 , 即在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器。其電路圖和相量圖如下圖所示。i+.i cI ci1RuC.L1.UI_.I 1（ a）（ b）圖 1 電容器與電感性負(fù)載并聯(lián)以提高功率因數(shù)（ a）電路圖（ b）相量圖并聯(lián)電容器以后，電感性負(fù)載的電流 I1 UX L和功率因數(shù)R22cos 1 R均未變化，這是因為所加電壓和負(fù)載參數(shù)沒有改變。 但電壓R2X L2u 和線路電流 i之間的相位差 變小了，即 cos

15、變大了。這里我們所講的提高功率因數(shù)，是指提高電源或電網(wǎng)的功率因數(shù)， 而不是指提高某個電感性負(fù)載的功率因數(shù)。在電感性負(fù)載上并聯(lián)了電容器以后，減少了電源與負(fù)載之間的能量互換。這時電感性負(fù)載所需的無功功率，大部分或全部都是就地供給（有電容器供給） ，就是說能量的互換現(xiàn)在主要或完全發(fā)生在電感性負(fù)載與電容器之間， 因而使發(fā)動機容量得到充分利用。其次，由相量圖可見， 并聯(lián)電容器以后線路電流也減少了 （電流相量相加），因而減小了功率損耗。對于采用并聯(lián)電容器進行無功補償， 按其在供電系統(tǒng)中安裝的位置來分， 可分為集中補償、分組補償和就地補償三種。（ 1）集中補償：即在高、低壓配電所內(nèi)設(shè)置若干組電容器組，電容器接在配電母線上，補償該配電所供電范圍內(nèi)的無功功率， 并使總功率因數(shù)達到所規(guī)定的值以上。如果電容器組容量較大，可采用電容器柜，如果企業(yè)配電容量大，需大量采用電容器進行無功補償，則另外建造電容器室。（ 2）分組補償： 有的企