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功率因数的提高方法

2020-8-23 19:30| 发布者: admin| 查看: 967| 评论: 0|原作者: 佚名|来自: 网络

摘要: 直流电路的功率等于电流与电压的乘积,但交流电路则不然。在计算交流电路的平均功率时还要考虑电压与电流间的相位差,即 上式中的是电路的功率因数。电压与电流间的相位差或电路的功率因数决定于电路(负载)的参数。 ...

直流电路的功率等于电流与电压的乘积,但交流电路则不然。在计算交流电路的平均功率时还要考虑电压与电流间的相位差,即

上式中的是电路的功率因数。电压与电流间的相位差或电路的功率因数决定于电路(负载)的参数。只有在电阻负载(例如白炽灯、电阻炉等)的情况下,电压和电流才同相,其功率因数为1。对其他负载来说,其功率因数均介于0与1之间。

当电压与电流之间有相位差时,即功率因数不等于1时,电路中发生能量互换,出现无功功率。这样就引起下面两个问题:

(1) 发电设备的容量不能充分利用

由上式可见,当负载的功率因数时,而发电机的电压和电流又不容许超过额定值,显然这时发电机所能发出的有功功率就减小了。功率因数愈低,发电机所发出的有功功率就愈小,而无功功率却愈大。无功功率愈大,即电路中能量互换的规模愈大,则发电机发出的能量就不能充分利用,其中有一部分即在发电机与负载之间进行互换。

例如容量为1000kV/A的变容器,如果,即能发出1000kW的有功功率,而在时,则只能发出700kW的功率。

(2) 增加线路和发电机绕组的功率损耗

当发电机的电压和输出的功率一定时,电流与功率因数成反比,而线路和发电机绕组上的功率损耗则与的平方成反比,即

式中是发电机绕组和线路的电阻。

由上述可知,提高电网的功率因数对国民经济的发展有着极为重要的意义。功率因数的提高,能使发电设备的容量得到充分利用,同时也能使电能得到大量节约。也就是说,在同样的发电设备的条件下能够多发电。

功率因数不高,根本原因就是由于电感性负载的存在。例如生产中最常用的异步电动机在额定负载时的功率因数约为0.7~0.9左右,如果在轻载时其功率因数就更低。其他如工频炉、电焊变压器以及日光灯等负载的功率因数也都是较低的。电感性负载的功率因数之所以小于1,是由于负载本身需要一定的无功功率。从技术经济观点出发,如果解决这个矛盾,也就是如何才能减少电源与负载之间能量的互换,而又使电感性负载能取得所需的无功功率,这就是要提高功率因数的实际意义。

按照供用电规则,高压供电的工业企业的平均功率因数不低于0.95,其他单位不低于0.9。

提高功率因数,常用的方法就是与电感性负载并联静电电容器(设置在用户或变电所中),其电路图和相量图如图1所示。

(a)电路图 (b)相量图

图1电容器与电感性负载并联以提高功率因数

并联电容器以后,电感性负载的电流和功率因数均未变化,这是因为所加电压和负载参数没有改变。但电压和线路电流之间的相位差变小了,即变大了。这里我们所讲的提高功率因数,是指提高电源或电网的功率因数,而不是指提高某个电感性负载的功率因数。

在电感性负载上并联了电容器以后,减少了电源与负载之间的能量互换。这时电感性负载所需的无功功率,大部分或全部都是就地供给(由电容器供给),就是说能量的互换现在主要或完全发生在电感性负载与电容器之间,因而使发电机容量能得到充分利用。

其次,由相量图可见,并联电容器以后线路电流也减小了(电流相量相加),因而减小了功率损耗。

应该注意,并联电容器以后有功功率并未改变,因为电容器是不消耗电能的。从相量图上也可看出:

功率因素由提高到应并联电容器的电容值,可从图1的相量图得出个公式。

又因

所以

由此得

   


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