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深度解析功率因数

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  • 发布时间:2015/9/15 16:06:50
  • 作者:量值溯源

概述

  功率因数是衡量电气设备工作效率高低的一个系数,它的引出是由于部分交流电路中,视在功率和实际功率不等,即部分交流电流在负载里循环而不传输电能。

相关概念

01基础知识

  视在功率:单口网络端电压和电流有效值的乘积,以字母“S”表示;

  有功功率:在交流电路中指一个周期内发出或负载消耗的瞬时功率的积分平均值,以字母“P”表示;

  无功功率:与电源交换能量的振幅值,以字母“Q“表示。

02计算公式

  第一种方法:一般公式cosФ=P/S,cosФ是功率因数,P有功,S无功;

  第二种方法:cosФ=R/Z,R电阻,Z总的阻抗;

  第三种方法:cosФ=cosarctg(无功电量/有功电量)。

对于正弦供电电路

  三相电机的功率因数cosФ=功率/(1.732*电流*电压);

  单相电机的功率因数cosФ=功率/(电流*电压);(电压、电流都指有效值)。

  在交流电路中,功率因数定义为有功功率与视在功率的比值,在正弦电路中,功率因数由电压与电流之间的相位差(Ф)决定,用cosФ表示,在数值上等于有功功率和视在功率之比,或电阻和阻抗之比,在此情况下,功率因数有明确的物理意义,它就是电压和电流之间的相角差的余弦值。

对于非正弦供电电路

  对于非正弦供电电路的功率因数计算,以电流非正弦、电压正弦的供电情况为例,由功率因数的基本定义 cosФ=P/S=U1*I1*cosФ1/U*I=(I1/I)*cosФ1(U1,I1为基波电压和基波电流,I为总电流,电压为正弦,U1=U)。

  我们记I1/I=λ,则cosФ=λ*cosФ1,此时,cosФ叫相移因子或者叫基波功率因数,λ称为基波因子。

  从公式可以看出,基波因子λ反映了谐波对功率因数的影响,显然,在总电流I恒定的情况下,谐波电流越大,基波电流I1就会越小,也就是基波因子λ越小,从而功率因数也就越小。相移因子就是基波电流相对电压的滞后情况。在以前,电网中直流设备较少,所以谐波不多,大多数情况下基波电流I1≈总电流I,所以基波因子λ≈1,cosФ≈cosФ1,这就是以前我们把cosФ等同为功率因数的原因。在非正弦供电电路中,功率因数没有明确的物理意义,我们应更多关注的是相移因子(基波功率因数)。

提高功率因数方法

01提高自然因数

  提高自然因数的方法主要有以下几种:

  1. 恰当选择电动机容量,减少电动机无功消耗,防止“大马拉小车”的状况发生;

  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;

  3. 避免电机或设备空载运行;

  4. 合理配置配电变压器,恰当地选择其容量。

02人工补偿法

  一般采用电力电容器补偿无功,即:在感性负载上并联电容器。

  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与电源之间原有的能量交换。

  在交流电路中,纯电阻电路负载中的电流与电压同相位,纯电感负载中的电流相位滞后于电压90°,而纯电容电路负载中的电流相位则超前于电压90°,电容中的电流与电感中的电流相位相差180°,能相互抵消。

  而电力系统中的负载大部分是感性的(变频器为容性负载,在其电源端增加电抗器以提高功率因数),因此总电流的相位将滞后电压一个角度,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,我们见到最多的并联电容器无功补偿装置也是由此得来。