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什么叫功率因素、功率因素的意義、提高功率因素的常用方法

首先,要說(shuō)明一下,通常我們寫作“功率因數(shù)”,它是個(gè)數(shù),是個(gè)系數(shù),不大于1的系數(shù)。也就是本來(lái)可以做的功,但是實(shí)際做不到那么多,做了一些無(wú)用功,所以乘上一個(gè)系數(shù)。
看看百科的解釋,基本上回答了你的問(wèn)題。
在交流電路中,電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦叫做功率因數(shù),用符號(hào)cosΦ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cosΦ=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1,一般具有電感或電容性負(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(gè)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(gè)系數(shù)。功率因數(shù)低,說(shuō)明電路用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無(wú)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。所以,供電部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。
(1) 最基本分析:拿設(shè)備作舉例。例如:設(shè)備功率為100個(gè)單位,也就是說(shuō),有100個(gè)單位的功率輸送到設(shè)備中。然而,因大部分電器系統(tǒng)存在固有的無(wú)功損耗,只能使用70個(gè)單位的功率。很不幸,雖然僅僅使用70個(gè)單位,卻要付100個(gè)單位的費(fèi)用。在這個(gè)例子中,功率因數(shù)是0.7 (如果大部分設(shè)備的功率因數(shù)小于0.9時(shí),將被罰款),這種無(wú)功損耗主要存在于電機(jī)設(shè)備中(如鼓風(fēng)機(jī)、抽水機(jī)、壓縮機(jī)等),又叫感性負(fù)載。功率因數(shù)是馬達(dá)效能的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。
(2) 基本分析:每種電機(jī)系統(tǒng)均消耗兩大功率,分別是真正的有用功(叫千瓦)及電抗性的無(wú)用功。功率因數(shù)是有用功與總功率間的比率。功率因數(shù)越高,有用功與總功率間的比率便越高,系統(tǒng)運(yùn)行則更有效率。
(3) 高級(jí)分析:在感性負(fù)載電路中,電流波形峰值在電壓波形峰值之后發(fā)生。兩種波形峰值的分隔可用功率因數(shù)表示。功率因數(shù)越低,兩個(gè)波形峰值則分隔越大。保爾金能使兩個(gè)峰值重新接近在一起,從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。
對(duì)于功率因數(shù)改善
電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器、日光燈及電弧爐等,大多屬于電感性負(fù)荷,這些電感性的設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中不僅需要向電力系統(tǒng)吸收有功功率,還同時(shí)吸收無(wú)功功率。因此在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備后,將可以提供補(bǔ)償感性負(fù)荷所消耗的無(wú)功功率,減少了電網(wǎng)電源側(cè)向感性負(fù)荷提供及由線路輸送的無(wú)功功率。由于減少了無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng),因此可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗,這就是無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б妗?/p>

無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕康木褪翘嵘a(bǔ)償系統(tǒng)的功率因數(shù)。因?yàn)楣╇娋职l(fā)出來(lái)的電是以KVA或者M(jìn)VA來(lái)計(jì)算的,但是收費(fèi)卻是以KW,也就是實(shí)際所做的有用功來(lái)收費(fèi),兩者之間有一個(gè)無(wú)效功率的差值,一般而言就是以KVAR為單位的無(wú)功功率。大部分的無(wú)效功都是電感性,也就是一般所謂的電動(dòng)機(jī)、變壓器、日光燈……,幾乎所有的無(wú)效功都是電感性,電容性的非常少見(jiàn)。也就是因?yàn)檫@個(gè)電感性的存在,造成了系統(tǒng)里的一個(gè)KVAR值,三者之間是一個(gè)三角函數(shù)的關(guān)系:

KVA的平方=KW的平方+KVAR的平方文字

簡(jiǎn)單來(lái)講,在上面的公式中,如果今天的KVAR的值為零的話,KVA就會(huì)與KW相等,那么供電局發(fā)出來(lái)的1KVA的電就等于用戶1KW的消耗,此時(shí)成本效益最高,所以功率因數(shù)是供電局非常在意的一個(gè)系數(shù)。用戶如果沒(méi)有達(dá)到理想的功率因數(shù),相對(duì)地就是在消耗供電局的資源,所以這也是為什么功率因數(shù)是一個(gè)法規(guī)的限制。目前就國(guó)內(nèi)而言功率因數(shù)規(guī)定是必須介于電感性的0.9~1之間,低于0.9,或高于1.0都需要接受處罰。這就是為什么我們必須要把功率因數(shù)控制在一個(gè)非常精密的范圍,過(guò)多過(guò)少都不行。

供電局為了提高他們的成本效益要求用戶提高功率因數(shù),那提高功率因數(shù)對(duì)我們用戶端有什么好處呢?

① 通過(guò)改善功率因數(shù),減少了線路中總電流和供電系統(tǒng)中的電氣元件,如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等的容量,因此不但減少了投資費(fèi)用,而且降低了本身電能的損耗。

② 藉由良好功因值的確保,從而減少供電系統(tǒng)中的電壓損失,可以使負(fù)載電壓更穩(wěn)定,改善電能的質(zhì)量。

③ 可以增加系統(tǒng)的裕度,挖掘出了發(fā)供電設(shè)備的潛力。如果系統(tǒng)的功率因數(shù)低,那么在既有設(shè)備容量不變的情況下,裝設(shè)電容器后,可以提高功率因數(shù),增加負(fù)載的容量。

舉例而言,將1000KVA變壓器之功率因數(shù)從0.8提高到0.98時(shí):

補(bǔ)償前:1000×0.8=800KW 
補(bǔ)償后:1000×0.98=980KW 
同樣一臺(tái)1000KVA的變壓器,功率因數(shù)改變后,它就可以多承擔(dān)180KW的負(fù)載。

④ 減少了用戶的電費(fèi)支出;透過(guò)上述各元件損失的減少及功率因數(shù)提高的電費(fèi)優(yōu)惠。

此外,有些電力電子設(shè)備如整流器、變頻器、開(kāi)關(guān)電源等;可飽和設(shè)備如變壓器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等;電弧設(shè)備及電光源設(shè)備如電弧爐、日光燈等,這些設(shè)備均是主要的諧波源,運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生大量的諧波。諧波對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器等所有連接于電網(wǎng)的電器設(shè)備都有大小不等的危害,主要表現(xiàn)為產(chǎn)生諧波附加損耗,使得設(shè)備過(guò)載過(guò)熱以及諧波過(guò)電壓加速設(shè)備的絕緣老化等。

并聯(lián)到線路上進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娙萜鲗?duì)諧波會(huì)有放大作用,使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴(yán)重。另外,諧波電流疊加在電容器的基波電流上,會(huì)使電容器的電流有效值增加,造成溫度升高,減少電容器的使用壽命。

諧波電流使變壓器的銅損耗增加,引起局部過(guò)熱、振動(dòng)、噪音增大、繞組附加發(fā)熱等。

諧波污染也會(huì)增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對(duì)通訊質(zhì)量有影響。當(dāng)電流諧波分量較高時(shí),可能會(huì)引起繼電保護(hù)的過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)的誤動(dòng)作。 
因此,如果系統(tǒng)量測(cè)出諧波含量過(guò)高時(shí),除了電容器端需要串聯(lián)適宜的調(diào)諧(detuned)電抗外,并需針對(duì)負(fù)載特性專案研討加裝諧波改善裝置。
有功負(fù)荷:電力系統(tǒng)中產(chǎn)生機(jī)器能或熱能的負(fù)荷。但是負(fù)載中純阻性的負(fù)荷只消耗有功功率,如電熱、電爐、照明等電力負(fù)荷完全是有功負(fù)荷。而異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載中既消耗有功功率,同時(shí)又消耗無(wú)功功率,其中作功產(chǎn)生機(jī)器能的部分?jǐn)?shù)有功負(fù)荷。有功負(fù)荷要由發(fā)電機(jī)有功功率來(lái)供應(yīng).
無(wú)功功率比較抽象,它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換,并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功,而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備,要建立磁場(chǎng),就要消耗無(wú)功功率。比如40瓦的日光燈,除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來(lái)發(fā)光外,還需80乏左右的無(wú)功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場(chǎng)用。由于它不對(duì)外做功,才被稱之為“無(wú)功”。無(wú)功功率的符號(hào)用Q表示,單位為乏(Var)或千乏(kVar)。
力率是功率因數(shù)吧!
超前是說(shuō)你的電容補(bǔ)償太多,本地用電設(shè)備用不了,剩余的就反饋到供電系統(tǒng)中,滯后就是你的本地?zé)o功負(fù)荷太大但是又沒(méi)有電容補(bǔ)償,這樣一來(lái)供電系統(tǒng)就會(huì)給你補(bǔ)償,但是無(wú)功電量供電局是不收你錢的相當(dāng)于你的無(wú)功白白占用了電網(wǎng)的一部分通道,功率因數(shù)要控制在0.9以內(nèi),要不供電局要罰你錢的
發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)稱之為力率。發(fā)電通常機(jī)既發(fā)有功,也發(fā)無(wú)功,把這種運(yùn)行狀態(tài)稱為力率遲相,或稱為滯后,此時(shí)發(fā)電機(jī)送出一定感性的無(wú)功功率,從表盤上看,有功和無(wú)功電力表指示都為正,即電流滯后電壓。另外,常把送出有功,吸收無(wú)功,這種運(yùn)行狀態(tài)稱為力率進(jìn)相,亦稱超前,即電流超前電壓。此時(shí)發(fā)電機(jī)送出一定容性的無(wú)功功率,從表盤上看,有功電力表指示為正,而無(wú)功電力表指示為負(fù)。
一般用電器在電流通過(guò)的時(shí)候會(huì)消耗一定的電能來(lái)轉(zhuǎn)化為其他形式的能,而所消耗的電能包含兩部分,一部分為用電器實(shí)際使用到的(有功),一部分為用電器使用過(guò)程中在其他方面消耗了(無(wú)功)。而功率因素就是有功占總功(有功+無(wú)功)的百分比,可見(jiàn)功率因素對(duì)于一般的導(dǎo)體來(lái)說(shuō)不會(huì)等于1的,功率因素越大,電功的有效使用率就越高。

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