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淺析:無功功率與功率因數(shù)——北京領(lǐng)步

返回列表來源:領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時(shí)間:2016-03-10加入收藏關(guān)注:-

實(shí)時(shí)新聞1


一、有功功率和無功功率
         企業(yè)的用電設(shè)備大部分都用電磁感應(yīng)原理來工作的,比如:變壓器、電焊機(jī)、電磁感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)等等,它們都是靠電能轉(zhuǎn)化成電磁能再轉(zhuǎn)化為電能或機(jī)械能來實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)換,這樣,用電設(shè)備就必須從電網(wǎng)上吸收兩種能量,一部分能量用于做功,即前邊提到得機(jī)械能或熱能,這部分能量大部分是為了滿足生產(chǎn)和生活的需要,稱為有功功率。另一部分能量用來產(chǎn)生交變磁場(chǎng),它是變壓器、電焊機(jī)或電感線圈形成能量轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)慕橘|(zhì),沒有了磁場(chǎng),就沒有了傳輸能量的介質(zhì),從而使能量只能在電源或用電設(shè)備內(nèi)部消耗,而不能對(duì)外傳輸,不能對(duì)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(shí)它并不是沒有用,沒有它,任何能量都只能自己消耗,不能傳輸,然而它確實(shí)在能量轉(zhuǎn)換的過程中沒有轉(zhuǎn)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(yùn)用所必須的,若有功功率不足,就不能滿足用電負(fù)荷的需要,會(huì)將電網(wǎng)電壓拉低,系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變慢,發(fā)電頻率降低,影響用電質(zhì)量,威脅發(fā)電廠和各用電設(shè)備的安全。若無功功率不足,系統(tǒng)電壓也會(huì)降低,電流將會(huì)升高,電機(jī)過流過熱,會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備絕緣破壞,甚至燒毀。


二、功率因數(shù)
         功率因數(shù)是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個(gè)具有代表性的重要指標(biāo)之一,通常使用cosφ表示。一個(gè)供電設(shè)備的供電容量通常是用視在功率表示,字面意思就是我們所能看到的功率,即表見功率,但不是真實(shí)功率,它的真實(shí)功率是由視在功率和功率因數(shù)的乘積決定的。所以說功率因數(shù)是一個(gè)非常重要的供電指標(biāo),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(hào)得到的。視在功率確定后,有功功率分量高就稱為功率因數(shù)高,有功功率分量低就稱為功率因數(shù)低,有功功率和無功功率都是靠發(fā)電機(jī)發(fā)出的,然而用電設(shè)備所需要的功率會(huì)因設(shè)備的感性和容性不同而不同,當(dāng)用電設(shè)備是感性時(shí),用電設(shè)備的電壓會(huì)超前電流90°;當(dāng)用電設(shè)備是容性時(shí),電流超前電壓90°,兩個(gè)分量將在一條直線上,但方向相反,用電設(shè)備中感性的居多,所以這就需要一個(gè)容性的負(fù)荷進(jìn)行無功補(bǔ)償了。


三、有功功率和無功功率的三角關(guān)系
         上述講的有功功率和無功功率可以用直角三角形的關(guān)系來描述:三角形的兩條直角邊,一個(gè)表示有功功率,一個(gè)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(shù)角,功率因數(shù)角的余弦值就是功率因數(shù)。無功功率越少,功率因數(shù)角就越小,它的余弦值就越大,有功功率和視在功率就越接近,也就是說,能量的轉(zhuǎn)換效率也就越高。這就提出了一個(gè)問題,怎樣減少發(fā)電機(jī)的無功輸出?或者說怎樣減少感性負(fù)何的無功吸收?


四、提高功率因數(shù)的意義
         由上述三條可以看出,要使發(fā)電廠和供電所更有效利用資源進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換和傳輸,就必須合理的進(jìn)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(fā)有功,減少無功功率的輸出。那就要提高用電設(shè)備的功率因數(shù)。當(dāng)供電系統(tǒng)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(shù)的降低,就會(huì)引起:
         ①系統(tǒng)中輸送的總電流增大,使電氣元件,如變壓器、電抗器、導(dǎo)線等容量增大,從而擴(kuò)大了企業(yè)投資;
         ②由于無功功率增大,造成輸電電流增大,從而也會(huì)增大供電設(shè)備的有功損耗;
         ③因?yàn)橄到y(tǒng)中的總電流增大,所以電壓損失增大,造成調(diào)壓困難;
         ④對(duì)發(fā)電機(jī)來說,轉(zhuǎn)子溫度升高,發(fā)電機(jī)達(dá)不到預(yù)期出力;
         ⑤由于系統(tǒng)電流增大,系統(tǒng)電壓降低,會(huì)造成其他設(shè)備不能正常出力。所以,我們必須提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。


五、提高功率因數(shù)和無功補(bǔ)償
         企業(yè)的感性負(fù)荷大部分是異步電動(dòng)機(jī),運(yùn)行時(shí)要消耗一定的無功功率,使得電動(dòng)機(jī)和輸電線路的電流增大,如果給電動(dòng)機(jī)增加就地補(bǔ)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。下面給出異步電動(dòng)機(jī)的無功補(bǔ)償計(jì)算公式,以供大家參考:
         設(shè)補(bǔ)償前電動(dòng)機(jī)的無功功率為Q1,補(bǔ)償電容器后的無功功率為Q2,則補(bǔ)償電容器的無功功率為:

Qc=Q1-Q2=P1(tanφ1-tanφ2)

         式中:P1、P2為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)輸入/輸出的有功功率,η為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的效率,φ1、φ2為電容器補(bǔ)償前后的功率因數(shù)角。
         補(bǔ)償前的功率因數(shù):cosφ1=(cosφe)1/k,式中:cosφe為電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的功率因數(shù),可從產(chǎn)品目錄中查得,k為電機(jī)定子電流負(fù)載率,k=I1/Ie,其中I1為電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)測(cè)定子電流(A),Ie為電機(jī)的額定電流(A)。
         補(bǔ)償后的功率因數(shù)一般是0.95左右,如果再高,投入的成本太大,不經(jīng)濟(jì),確定了所需補(bǔ)償?shù)臒o功功率Qc之后,那么補(bǔ)償電容量C=式中:f為電源頻率(Hz),Ue為電機(jī)額定電壓(V),Qc為電容補(bǔ)償?shù)臒o功功率(Var)。
         【注意】個(gè)別補(bǔ)償?shù)碾娙萑萘繎?yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率、負(fù)載率及電網(wǎng)情況適當(dāng)考慮,避免過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償狀態(tài)的出現(xiàn)。



六、補(bǔ)償方法

         工業(yè)企業(yè)中常用的電容器補(bǔ)償方式大概有三種:集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和單個(gè)補(bǔ)償。企業(yè)電力系統(tǒng)的補(bǔ)償方式的選擇,要視企業(yè)的具體情況而定。比如:從無功就地平衡來說,單個(gè)補(bǔ)償?shù)男Ч鸝好(單個(gè)補(bǔ)償應(yīng)用于大容量、長(zhǎng)期運(yùn)行、無功功率需要較大的設(shè)備,或者輸電線路較長(zhǎng)的設(shè)備,不便于實(shí)現(xiàn)分組補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合,這種方式可以減少配線電流,導(dǎo)線截面,配電設(shè)備的容量),不論采取什么樣的補(bǔ)償方式,補(bǔ)償電容必須選擇適當(dāng),而這一切都是為了提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。


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