什麼是功率因數?提高功率因數的方法

什麼是功率因數?提高功率因數的方法
功率因數是衡量企業供電係統電能利用程度及電氣設備使用狀況的一個具有代表性的重要指標之一，通常使用cosφ表示，我們可以用以下幾項來介紹功率因數的重要性，及提高功率因數的方法。
　　1 有功功率和無功功率
　　企業的用電設備大部分都用電磁感應原理來工作的，比如：變壓器、電焊機、電磁感應式電動機等等，它們都是靠電能轉化成電磁能再轉化為電能或機械能來實現的能量轉換，這樣，用電設備就必須從電網上吸收兩種能量，一部分能量用於做功，即前邊提到得機械能或熱能，這部分能量大部分是為了滿足生產和生活的需要，稱為有功功率。另一部分能量用來產生交變磁場，它是變壓器、電焊機或電感線圈形成能量轉換和傳輸的介質，沒有了磁場，就沒有了傳輸能量的介質，從而使能量隻能在電源或用電設備內部消耗，而不能對外傳輸，不能對外做功，這部分功率叫做無功功率。無功，顧名思義就是無用功，其實它並不是沒有用，沒有它，任何能量都隻能自己消耗，不能傳輸，然而它確實在能量轉換的過程中沒有轉換成其它能量，所以叫作無功功率。有功功率和無功功率都是電能運用所必須的，若有功功率不足，就不能滿足用電負荷的需要，會將電網電壓拉低，係統發電機的轉速變慢，發電頻率降低，影響用電質量，威脅發電廠和各用電設備的安全。若無功功率不足，係統電壓也會降低，電流將會升高，電機過流過熱，會導致用電設備絕緣破壞，甚至燒毀。
　　2 功率因數
　　功率因數是衡量企業供電係統電能利用程度及電氣設備使用狀況的一個具有代表性的重要指標之一，通常使用cosφ表示。一個供電設備的供電容量通常是用視在功率表示，字麵意思就是我們所能看到的功率，即表見功率，但不是真實功率，它的真實功率是由視在功率和功率因數的乘積決定的。所以說功率因數是一個非常重要的供電指標，而視在功率是由有功功率的平方與無功功率的平方和，開跟號得到的。視在功率確定後，有功功率分量高就稱為功率因數高，有功功率分量低就稱為功率因數低，有功功率和無功功率都是靠發電機發出的，然而用電設備所需要的功率會因設備的感性和容性不同而不同，當用電設備是感性時，用電設備的電壓會超前電流90°;當用電設備是容性時，電流超前電壓90°，兩個分量將在一條直線上，但方向相反，用電設備中感性的居多，所以這就需要一個容性的負荷進行無功補償了。
　　3 有功功率和無功功率的三角關係
　　上述講的有功功率和無功功率可以用直角三角形的關係來描述：三角形的兩條直角邊，一個表示有功功率，一個表示無功功率，它們的斜邊就是視在功率，有功功率和視在功率之間的夾角就是功率因數角，功率因數角的餘弦值就是功率因數。無功功率越少，功率因數角就越小，它的餘弦值就越大，有功功率和視在功率就越接近，也就是說，能量的轉換效率也就越高。這就提出了一個問題，怎樣減少發電機的無功輸出?或者說怎樣減少感性負何的無功吸收?
　　4 提高功率因數的意義
　　由上述3可以看出，要使發電廠和供電所更有效利用資源進行電能的轉換和傳輸，就必須合理的進行有功功率和無功功率的分配，在無功功率配置合理的情況下，盡量的多發有功，減少無功功率的輸出。那就要提高用電設備的功率因數。當供電係統中輸送的有功功率維持恒定的情況下，無功功率增大即功率因數的降低，就會引起：
①係統中輸送的總電流增大，使電氣元件，如變壓器、電抗器、導線等容量增大，從而擴大了企業投資;
②由於無功功率增大，造成輸電電流增大，從而也會增大供電設備的有功損耗;
③因為係統中的總電流增大，所以電壓損失增大，造成調壓困難;
④對發電機來說，轉子溫度升高，發電機達不到預期出力;
⑤由於係統電流增大，係統電壓降低，會造成其他設備不能正常出力。所以，我們必須提高供電係統的功率因數。
　　5 提高功率因數和無功補償
　　企業的感性負荷大部分是異步電動機，運行時要消耗一定的無功功率，使得電動機和輸電線路的電流增大，如果給電動機增加就地補償電容，不但可以使線路及配電裝置的輸送電流減小，而且還可以減少有功損耗，減少初期的投資容量。下麵給出異步電動機的無功補償計算公式，以供大家參考：
　　設補償前電動機的無功功率為Q1，補償電容器後的無功功率為Q2，則補償電容器的無功功率為:
　　Qc=Q1-Q2=P1(tanφ1-tanφ2)=
　　式中：P1、P2為電動機運行時輸入/輸出的有功功率，η為電動機運行時的效率，φ1、φ2為電容器補償前後的功率因數角。
　　補償前的功率因數：cosφ1=(cosφe)1/k，式中：cosφe為電動機額定負載時的功率因數，可從產品目錄中查得，k為電機定子電流負載率，k=I1/Ie，其中I1為電機運行時的實測定子電流(A)，Ie為電機的額定電流(A)。
　　補償後的功率因數一般是0.95左右，如果再高，投入的成本太大，不經濟，確定了所需補償的無功功率Qc之後，那麼補償電容量C=式中：f為電源頻率(Hz)，Ue為電機額定電壓(V)，Qc為電容補償的無功功率(Var)。
　　注意：個別補償的電容容量應根據電動機的功率、負載率及電網情況適當考慮，避免過補償或欠補償狀態的出現。
　　6 補償方式
　　工業企業中常用的電容器補償方式大概有三種：集中補償、分組補償和單個補償。企業電力係統的補償方式的選擇，要視企業的具體情況而定。比如：從無功就地平衡來說，單個補償的效果最好(單個補償應用於大容量、長期運行、無功功率需要較大的設備，或者輸電線路較長的設備，不便於實現分組補償的場合，這種方式可以減少配線電流，導線截麵，配電設備的容量)，不論采取什麼樣的補償方式，補償電容必須選擇適當，而這一切都是為了提高電力係統的功率因數。