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電能質(zhì)量
專家診治

把電能質(zhì)量問題交給領(lǐng)步400-056-5258

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分享加入收藏關(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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