提高功率因数的方法及意义

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1、提高功率因数的方法及意义许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它 们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁 通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的无功并不是无用的电功率， 只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有 功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cos屮, 其计算公式为：cos屮二P/S二P/(P2+Q2厂(1/2)P 为有功功率， Q 为无功功率。在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度， 我们希望的是功率因数越

2、大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功 率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。1 影响功率因数的主要因素(1) 大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功 功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步 电动机的无功消耗占了 60%70%；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占 到电动机总无功消耗的60%70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防 止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。(2) 变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的 10%15%，它的空载无 功功率约为满载时的 1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数

3、，变压器 不应空载运行或长期处于低负载运行状态。(3) 供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。 当供电电压高于额定值的 10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很 快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的 110%时，一般无功将增加35%左 右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提 高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系 统的供电电压尽可能保持稳定。在实际中，提高功率因数意味着：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

4、。例如：当cos0=O.5时的 损耗是cos0=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cos0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。二提高功率因数的几种方法可分为提高自然功率因数和采用人工补尝两种方法：提高自然因数的方法：1) . 恰当选择电动机

5、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尝无功，即：在感 性负载上并联电容器。一下为理论解释： 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

6、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90,电容中的电流与电感中的 电流相差180，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,如图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。无功补偿通常采用的方法主要有 3 种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压 集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺 点。(1) 低压个别补偿:低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压 电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套

7、断路器。通过控制、保 护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型 异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设 备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无 功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低 等优点。(2) 低压集中补偿： 低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无 功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容 器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接 线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，

8、从而提高配变利用率，降低网损， 具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。(3) 高压集中补偿：高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的610kV高压母线上的补 偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压 负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置 根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降 低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。电力系统的无功电源除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及 静止无功发生器，这 4 种装置又称为无功补偿装置。除电容器外，其余几种既能 吸收容性无功又

9、能吸收感性无功。(1)同步电机： 同步电机中有发电机、电动机及调相机 3 种。 同步发电机： 同步发电机是唯一的有功电源，同时又是最基本的无功电源，当其在额定状态下 运行时，可以发出无功功率：Q二SXsin 申二PX tg申其中:Q、S、P、屮是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和功率因数角。发电机正常运行时,以滞后功率因数运行为主,向系统提供无功，但必要时,也可 以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的进相运行，以吸收系统多余的无 功。 同步调相机: 同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供 出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功

10、 率，这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢，近来已逐渐 退出电网运行。 并联电容器： 并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源，由于通过电容器的交变电流 在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，由此可视为向 电网发?quo t;无功功率：Q=U2/Xc其中： Q、 U、 Xc 分别为无功功率、电压、电容器容抗。并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功可以改善 功率因数，减少由发电机提供的无功功率。 静止无功补偿器： 静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控 制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器 能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对 于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶闸管控制对电抗器的投 切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。 静止无功发生器：它的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流 电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联 接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处 于容性、感性或零负荷状态。与静止无功补偿器相比，静止无功发生器响应速度更快，谐波电流更少，而且在 系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。