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說(shuō)明要求對(duì)于功率因數(shù)改善三者關(guān)系好處改善電能質(zhì)量的理由如何提高功率因素展開(kāi)說(shuō)明要求對(duì)于功率因數(shù)改善三者關(guān)系好處改善電能質(zhì)量的理由如何提高功率因素展開(kāi)

說(shuō)明

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(xiàn)路供電損失。所以，供電部門(mén)對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

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。(使用了70個(gè)單位的有功功率，你付的就是70個(gè)單位的消耗)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kw)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。

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(xiàn)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(xiàn)路中變壓器及母線(xiàn)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?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)，例如：變頻器就是容性的，在變頻器電源端加入電抗器可提高功率因數(shù)。

三者關(guān)系

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： 〖K_va〗^2=〖K_w〗^2+〖K_var〗^2 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(huà)，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(hù)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(hù)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時(shí)需要接受處罰。

好處

供電部門(mén)為了提高成本效益要求用戶(hù)提高功率因數(shù)，那提高功率因數(shù)對(duì)用戶(hù)端有什么好處呢？ ① 通過(guò)改善功率因數(shù)，減少了線(xiàn)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(xiàn)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 良好的功因數(shù)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(hù)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(xiàn)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(xiàn)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(zhuān)案研討加裝諧波改善裝置。

改善電能質(zhì)量的理由

為什么說(shuō)提高用戶(hù)的功率因數(shù)可以改善電壓質(zhì)量？ 電力系統(tǒng)向用戶(hù)供電的電壓，是隨著線(xiàn)路所輸送的有功功率和無(wú)功功率變化而變化的。當(dāng)線(xiàn)路輸送一定數(shù)量的有功功率時(shí)，如輸送的無(wú)功功率越多，線(xiàn)路的電壓損失越大。即送至用戶(hù)端的電壓就越低。如果110KV以下的線(xiàn)路，其電壓損失可近似為：△U=(PR+QX)/Ue 其中：△U－線(xiàn)路的電壓損失，KV Ue－－線(xiàn)路的額定電壓，KV P－－線(xiàn)路輸送的有功功率，KW Q－－線(xiàn)路輸送的無(wú)功功率，KVAR R—線(xiàn)路電阻，歐姆 X－－線(xiàn)路電抗，歐姆 由上式可見(jiàn)，當(dāng)用戶(hù)功率因數(shù)提高以后，它向電力系統(tǒng)吸取的無(wú)功功率就要減少，因此電壓損失也要減少，從而改善了用戶(hù)的電壓質(zhì)量。 在直流電路里，電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）將小于視在功率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數(shù)，以COSΦ表示，其實(shí)最簡(jiǎn)單的測(cè)量方式就是測(cè)量電壓與電流之間的相位差，得出的結(jié)果就是功率因數(shù)。

如何提高功率因素

（1）提高自然功率因數(shù)。自然功率因數(shù)是在沒(méi)有任何補(bǔ)償情況下，用電設(shè)備的功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)的方法：合理選擇異步電機(jī)；避免變壓器空載運(yùn)行；合理安排和調(diào)整工藝流程，改善機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況；在生產(chǎn)工藝允許條件下，采用同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)。 （2）采用人工補(bǔ)償無(wú)功功率。裝用無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償，電力用戶(hù)常用的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備是電力電容器。

提高功率因數(shù)的方法

提高功率因數(shù)的途徑主要在于如何減少電力系統(tǒng)中各個(gè)部分所需的無(wú)功功率,特別是減少負(fù)荷取用的 無(wú)功功率,使電力系統(tǒng)在輸送一定的有功功率時(shí),可降低其中通過(guò)的無(wú)功電流 提高功率因數(shù)的方法很多,但總的來(lái)說(shuō)可以歸結(jié)為兩大類(lèi): 提高自然功率因數(shù)的方法 采用降低各用電設(shè)備所需的無(wú)功功率以改善其功率因數(shù)的措施,稱(chēng)為提高自然功率因數(shù)的方法 主要有: 1、正確選用異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)與容量。據(jù)有關(guān)資料介紹,我國(guó)中小型異步電動(dòng)機(jī)的用電負(fù)荷約占電網(wǎng)總負(fù)荷的80 %以上,幾個(gè)主要電網(wǎng)中,電動(dòng)機(jī)所耗能占整個(gè)工業(yè)用電量的60 %～ 68 %左右1 因此做好電動(dòng)機(jī)的降損節(jié)能具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義 正確選用異步電動(dòng)機(jī),使其額定容量與所帶負(fù)載相配合,對(duì)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(dòng)機(jī),并依據(jù)電機(jī)機(jī)械工作對(duì)啟動(dòng)力矩、啟動(dòng)次數(shù)、調(diào)速等方面的具體要求,選用不同的型號(hào)。 電動(dòng)機(jī)的效率η與功率因數(shù)cosφ是反映電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的主要指標(biāo),都與負(fù)載率β有密切關(guān)系1 GB/ T 12497 - 90 對(duì)三相異步電機(jī)三個(gè)運(yùn)行區(qū)域規(guī)定如下: 當(dāng)負(fù)載率β在70 %～ 100 %之間時(shí),為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū); 當(dāng)40 % ≤β ≤70 %時(shí),為一般運(yùn)行區(qū); 當(dāng)β < 40 % 時(shí),為非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū); 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(mǎn)載運(yùn)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(yùn)行,當(dāng)負(fù)荷小于0. 6 時(shí),一次側(cè)功率因數(shù)就顯著下降,下降達(dá)11 ～ 18 %,所以電力變壓器的負(fù)荷率在0. 6 以上運(yùn)行時(shí)才較經(jīng)濟(jì),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(yùn)行。當(dāng)電力變壓器負(fù)荷率小于30 %時(shí),應(yīng)當(dāng)更換成容量較小的變壓器 (3、合理安排和調(diào)整工藝流程。合理安排和調(diào)整工藝流程, 改善電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài), 限制電焊機(jī)和機(jī)床電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行1 例如可采用空載自動(dòng)延時(shí)斷電裝置流程等 4、異步電動(dòng)機(jī)同步化運(yùn)行。對(duì)于負(fù)荷率不大于0. 7 及最大負(fù)荷不大于90 % 額定功率的繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī),必要時(shí)可使其同步化,即當(dāng)繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)完畢以后,向轉(zhuǎn)子三相繞組中送入直流勵(lì)磁,即產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩把異步電動(dòng)機(jī)牽入同步運(yùn)行,其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與同步電動(dòng)機(jī)相似在過(guò)勵(lì)磁的情況下,電動(dòng)機(jī)可向電網(wǎng)送出無(wú)功功率,從而達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。 提高功率因數(shù)的補(bǔ)償方法 采用供應(yīng)無(wú)功功率的設(shè)備來(lái)補(bǔ)償用電設(shè)備所需的無(wú)功功率,以提高其功率因數(shù)的措施,稱(chēng)為提高功率因數(shù)的補(bǔ)償方法。采用補(bǔ)償法來(lái)提高功率因數(shù),必須增加新設(shè)備、增加有色與黑色金屬的需用量。 此外,補(bǔ)償設(shè)備本身也有功率損失,所以從整體來(lái)看,應(yīng)首先采用提高用電設(shè)備自然功率因數(shù)的方法。 但當(dāng)功率因數(shù)還達(dá)不到《電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》所要求的數(shù)值時(shí),則需采用專(zhuān)門(mén)的補(bǔ)償設(shè)備來(lái)提高功率因數(shù)。應(yīng)用人工補(bǔ)償無(wú)功功率的方法通常有應(yīng)用移相電容器(即靜電電容器) 、采用同步電動(dòng)機(jī)和采用同步調(diào)相機(jī)三種方法。 同步電動(dòng)機(jī)在過(guò)勵(lì)磁方式運(yùn)行(0. 8 ～ 0. 9 超前) 時(shí),就向電力系統(tǒng)輸送無(wú)功功率,提高了工業(yè)企業(yè)的功率因數(shù) 一般在滿(mǎn)足工藝條件下,采用或不采用同步電動(dòng)機(jī)來(lái)提高企業(yè)的功率因數(shù),應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。通常對(duì)低速、恒速且長(zhǎng)期連續(xù)工作的容量較大的電動(dòng)機(jī),宜采用同步電動(dòng)機(jī)組,如軋鋼的電動(dòng)機(jī)組、球磨機(jī)、空壓機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備 這些設(shè)備采用同步電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)時(shí),其容量一般在250 KW 以上,環(huán)境與啟動(dòng)條件均能滿(mǎn)足同步電動(dòng)機(jī)的要求,而且停歇時(shí)間較少,因此對(duì)改善功率因數(shù)能起很大作用 但是同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并且附有一套啟動(dòng)控制設(shè)備,維護(hù)工作量大,價(jià)格較異步電動(dòng)機(jī)貴,而且目前高壓移相電容器價(jià)格普遍降低,這就相應(yīng)地提高了“異步電動(dòng)機(jī)加移相電容器的補(bǔ)償方案”的優(yōu)越性 移相電容器由于具有功率損耗小、運(yùn)行維修很方便、短路電流小等優(yōu)點(diǎn)而在工業(yè)企業(yè)中被廣泛用作人工補(bǔ)償裝置。 綜上所述,提高功率因數(shù)必然對(duì)國(guó)家的能源利用、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起到促進(jìn)作用, 是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及安全運(yùn)行所不可缺少的條件 應(yīng)根據(jù)不同情況采取相應(yīng)措施來(lái)提高功率因數(shù),降低無(wú)功損耗,從而提高經(jīng)濟(jì)效益。