如何提高功率因數的方法

隨着經濟的日益發展,電力需求不斷提高,伴隨而來的突出問題是能源無效的巨大消耗,資源利用率低下1電力系統是一龐大的系統,其電能損耗的數值相當可觀,能源的合理配置是極需解決的問題。功率因數是決定發供電系統經濟效益的一個極為重要的因素,它直接反映了系統中有功功率與無功功率的分配1對於發供電系統來説,對負荷不但要求有高的負荷率,而且也要求有高的功率因數.

　　1、電力網絡的功率因數

電力網絡除了要負擔用電負荷的有功功率P,還要負擔負荷的無功功率Q1有功功率P、無功功率Q和視在功率S之間存在下述關係:

S=P2+Q2而P與S之比即:PS=cosφ

被定義為電力網絡的功率因數,其物理意義是線路的視在功率S供給有功功率的消耗所佔百分數1在電力網的運行中,我們所希望的是功率因數越大越好,如能做到這一點,則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率,以減少無功功率的消耗

　　2、低功率因數的不利表現

2.1、電流大對於一個給定的負荷,當供電電壓一定時,則功率因數越低,電流就越大,因為;Ic=P3Ucosφ

(1)式中:P為用電負荷的有功負荷;U為線電壓1

可見,供電電流Ic與功率因數成反比。我們知道,發電機與變壓器的額定容量都是正比於其輸出電流,從而也就反比於功率因數,所以,在供出同樣功率的條件下,電壓一定時,功率因數越低,則要求發電機與變壓器的容量也就越大,因此,發電機與變壓器的投資也就越高。

2.2、銅損大在一定的負荷下,輸電線路功率因數低時,其銅損大1線路損失公式如下:&P=3I2c×R×10-3(kW)

把(1)代入其中就得到：&P=3P23UP2cos2φ×R×10-3=P2×R×10-3U2cos2φ(kW)=K×1cos2φ

由此可見,設備的銅損正比於電流的平方,從而反比於功率因數的平方1功率因數越低,則電氣設備中的銅損就越大,效率也就越低1與此相似,當系統的功率因數很低時,對於傳遞同樣的功率,則電流加大。所以若導線尺寸相同,則電能傳輸系統意味着有更大的能量損失,或者説,對於同樣的能量損失,要求有更粗的導體。

2.3、投資高從公式(1)可知,對於一給定的負荷,在低功率因數下,母線的截面、保護開關的導電面積,都必須加大才能通過更大的電流,故此,投資亦需增加。

　　3　低功率因數產生的主要原因

3.1　勵磁電流的影響

變壓器都帶有勵磁電流,它對於感應電勢來説,總是滯後的'1在正常情況下,勵磁電流不致影響功率因數,但當輕負荷運行時(如一個居民區的配電變壓器在夜間主要供應照明負荷,因此,半夜以後照明負荷急劇減少,配電變壓器就進入輕負荷),原端功率因數就降低。

3.2　感應電動機的使用

大量使用感應電動機也會造成系統功率因數降低,因為不可能所有的電動機都在滿負荷運行。當電動機滿負荷運行時,功率因數可達到85%;當電動機在75%額定負荷運行時,功率因數為0.8;而當電動機在50%額定負荷運行時,功率因數為0.7;若電動機空載運行,則功率因數為0.2～0.3。可見,大量使用電動機而這些電動機又不能全部都滿負荷運行時,系統的功率因數必然降低。

3.3　氣體放電燈的使用氣體放電燈在居民與工業、商業照明中正越來越廣泛地應用,而氣體放電燈也是以低功率因數運行的。

3.4　修理過的電動機的使用由於在用户中不可避免地大量使用着修理過的電動機,這些修理過的電動機,通常其定子繞組匝數少於原來的匝數,因此,這些電動機中漏磁通增加,造成電動機功率因數降低。

　　4 　提高功率因數的意義

4. 1 　能夠降低生產成本、減少投資、改善設備的利用率

功率因數可以表示成下述形式

cosφ =P/S=P/3UI

可見,在一定的電壓和電流下,提高co sφ ,其輸出的有功功率越大1 因此, 改善功率因數是充分發揮設備潛力、提高設備利用率的有效方法。

4. 2 　可以減少線路壓降、改善電壓質量

電力網的電壓損失可借下式求出線路電壓降為:

&U =PR + QX/U

這裏, P 是線路有功負荷;Q 是線路無功負荷; R 與X 分別是線路電阻與電抗;U 是線路供電電壓1 如果採用容抗為Xc 的電容來補償,則電壓損失為:

&U =PR + Q( X - Xc)/U

故採用補償電容提高功率因數後,電壓損失ΔU 減小,改善了電壓質量1 再由(5) 或(6) 可知,無功負荷越小,則線路電壓降就越小/

4. 3 　能夠提高電力網的傳輸能力、提高能源的利用率、降低電力成本、增加經濟效益

由於視在功率與有功功率成以下關係

P = S cosφ

Q = S2 - P2 = S ×sinφ = S × 1 - cos2φ

所以,當在傳送一定有功功率P 的條件下,cosφ越高,所需視在功率越小。而當有功負荷一定時,若功率因數值越大, 則由(8) 可知, 無功負荷就越小, 充分發揮了發、供電設備的

生產能力,提高了經濟效益。

　　5 　提高功率因數的方法

提高功率因數的途徑主要在於如何減少電力系統中各個部分所需的無功功率,特別是減少負荷取用的

無功功率,使電力系統在輸送一定的有功功率時,可降低其中通過的無功電流1

提高功率因數的方法很多,但總的來説可以歸結為兩大類:

5. 1 　提高自然功率因數的方法

採用降低各用電設備所需的無功功率以改善其功率因數的措施,稱為提高自然功率因數的方法1 主要有:

(1) 　正確選用異步電動機的型號與容量。據有關資料介紹,我國中小型異步電動機的用電負荷約佔電網總負荷的80 %以上,幾個主要電網中,電動機所耗能佔整個工業用電量的60 %～ 68 %左右1 因此做好電動機的降損節能具有十分重要的經濟意義1 正確選用異步電動機,使其額定容量與所帶負載相配合,對於改善功率因數是十分重要的1 在選型方面,要注意選用節能型,淘汰高能耗的電動機,並依據電機機械工作對啟動力矩、啟動次數、調速等方面的具體要求,選用不同的型號。 電動機的效率η與功率因數cosφ是反映電動機經濟運行水平的主要指標,都與負載率β有密切關係1 GB/ T 12497 - 90 對三相異步電機三個運行區域規定如下: