防爆行業(yè)領(lǐng)先的一站式集成服務(wù)提供商
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一、什么是功率因數(shù)?
在工業(yè)企業(yè)中,電動機、變壓器等用電設(shè)備都具有電感特性,它們工作時既要從電網(wǎng)吸收有功功率用于做功,還要從電網(wǎng)吸收無功功率建立磁場。功率因數(shù)cosΦ就是反映總電功率中有功功率所占的比例大小,即有功功率與視在功率的比值,是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個系數(shù)。功率因數(shù)越接近于1,說明其消耗的無功電量越少,電力有效利用程度越高;相反,功率因數(shù)越低,則消耗的無功電量越多,電力沒有得到充分有效的利用。
有功功率P、無功功率Q與視在功率S的關(guān)系如下所示
Q=無功功率
P=有功功率
S=全功率(也稱為視在功率)
電機的功率因數(shù):表示本臺電機可以將電網(wǎng)中%的能量輸入給電機作為電機的輸入功率。
電機的效率=電機的輸出功率/電機的輸入功率;表示電機可以將電能轉(zhuǎn)換為機械能的能力。
功率因數(shù)和效率之間沒有線性的關(guān)系,只是功率因數(shù)會影響電機的效率。比如在設(shè)計一臺電機時,電機的功率因數(shù)很小,電機的輸入電壓如380V是確定的會導致輸入電流變大,輸入電流變大會導致電機線圈發(fā)熱量增加,電機的效率會降低。
詳細的概念解釋:
有功功率又叫平均功率。交流電的瞬時功率不是一個恒定值,功率在一個周期內(nèi)的平均值叫做有功功率,它是指在電路中電阻部分所消耗的功率,對電動機來說是指它的出力,以字母P表示。單位一般叫做千瓦(KW)
無功功率:在具有電感(或電容)的電路里,電感(或電容)在半周期的時間里把電源的能量變成磁場(或電場)的能量貯存起來,在另外半周期的時間里又把貯存的磁場(或電場)能量送還給電源。它們只是與電源進行能量交換,并沒有真正消耗能量。我們把與電源交換能量的振幅值叫做無功功率,以字母Q表示,單位干乏(kvar即無功千伏安或無效千伏安)。
視在功率:在具有電阻和電抗的電路內(nèi),電壓與電流的乘積叫視在功率,以字母S或符號P。
S表示,單位為千伏安(KVA)。
由此可知用電設(shè)備的有功功率不僅隨電壓與電流的大小變化,而且也隨電壓與電流之間的相位差而變化。當電路中有功功率恒定時,無功需要量越大,其視在功率也就越大,而為滿足用電設(shè)備的需要,勢必要增大變壓器及線路的容量。這樣不僅增加了投資,而且增大了設(shè)備和線路的損耗,浪費了電力。另外無功功率需要量的增大,還使變壓器及線路的電壓損失增大,劣化電能質(zhì)量,為此,必須提高功率因數(shù),才能減少無功損耗。
二、提高功率因數(shù)的措施
1)提高自然功率因數(shù)
一般來說,工礦企業(yè)無功功率中,異步電動機要占60%以上,電力變壓器要占20%左右,因此,電力系統(tǒng)的自然功率因數(shù)是滯后且小于1的。要想提高系統(tǒng)的功率因數(shù),就要設(shè)法改善異步電動機和電力變壓器運行工況,以利于提高自然功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)的措施主要有以下幾種:
①合理選用異步電動機。異步電動機在額定負載(功率)時的功率因數(shù)為0.85~0.9,而在空載時的功率因數(shù)僅為0.2~0.3。空載或輕載時的效率肯定也要降低。因此,應根據(jù)負荷特性和運行工況,合理選擇異步電動機的容量,使其在高效率、高功率因數(shù)范圍內(nèi)工作。
工礦企業(yè)中異步電動機使用數(shù)量很多,而且在選擇時總希望電動機有較大的裕量,很多情況下形成了 “大馬拉小車” 的現(xiàn)象。這是造成工業(yè)企業(yè)功率因數(shù)低的重要原因之一??梢詫ω摵刹蛔愕漠惒诫妱訖C,用鉗形電流表測量電流或利用測繪負荷曲線的方法確定適當?shù)碾妱訖C容量,而后以小容量電動機代替之。用小容量電動機代替負荷不足的大容量電動機,一般可使功率因數(shù)提高20%左右;一般電動機負荷高于70%左右時可以不換,當電動機負荷低于40%時,應對節(jié)能效果進行考核后合理更換。
?、?輕負荷電動機降壓運行。輕負荷電動機降壓運行可以降低其無功功率的需要量,從而提高了供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。當然,降壓運行也使電動機的輸出轉(zhuǎn)矩減小,這一點必須充分考慮到。一般認為,電動機負荷系數(shù)在0.45以下時??蓪⒄_\行時為△接線的電動機改為Y形接線更為合理,從而使功率因數(shù)及效率都會有所提高。
?、垭娏ψ儔浩鞯暮侠磉\行。電力變壓器不宜輕載運行,因為變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)不僅與負荷的功率因數(shù)有關(guān),而且與負荷率有關(guān)。若變壓器滿載運行時,一次側(cè)的功率因數(shù)僅比二次側(cè)低3%~5%;若變壓器輕載運行,當負荷率小于0.6時,一次側(cè)的功率因數(shù)將顯著下降,可達11%~18%。所以,電力變壓器在負荷率0.6以上運行時才較為經(jīng)濟,一般在75%~80%比較合適。為了充分利用設(shè)備和提高功率因數(shù),電力變壓器不作輕載運行。變壓器負荷率小于30%時,應更換容量較小的變壓器。
?、?合理安排和調(diào)整工藝流程。合理安排和調(diào)整工藝流程,以改變電動機設(shè)備的運行狀況,限制電焊機和機床電動機的空載運轉(zhuǎn),即采用空載自動延時斷電裝置。
?、?異步電動機同步化運行。對于負荷率不大于0.7及最大負荷不大于90%的繞線式異步電動機,必要時使其同步化運行,即當繞線式異步電動機在啟動完畢后,向轉(zhuǎn)子三相繞組輸入直流勵磁,即產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩把異步電動機轉(zhuǎn)入同步運行,其運行狀態(tài)與同步電動機相似,在勵磁過剩的情況下,電動機可向電網(wǎng)輸送無功功率,從而達到提高功率因數(shù)的目的。
2)提高功率因數(shù)的補償法
所謂補償法,就是采用無功功率的設(shè)備來補償用電設(shè)備所需的無功功率,以提高功率因數(shù)。采用補償法,無疑需要增添補償設(shè)備。所以從整體來看,應首先采用提高自然功率因數(shù)的方法,但當功率因數(shù)達不到供電部門或設(shè)計規(guī)范要求時,則需采用專門的補償設(shè)備進行補償。常用的補償無功功率方法有:采用并聯(lián)電容器,選用同步電動機,采用同步調(diào)相機等。