当电路负载为电阻性时,电压、电流是同相位的,即功率因数为1。而对其他负载而言,其功率因数均介于0与1之间,电源需向负载提供无功功率,即电源和负载之间有一部分能量在相互交换。在U、I一定的情况下,功率因数越低,无功功率比例越大,对电力系统运行越不利,这体现在以下几个方面。 1.降低了电源设备容量的利用率 电源设备的额定容量是根据额定电压和额定电流设计的。额定电压和额定电流的乘积就是额定视在功率,代表着设备的额定容量。而容量一定的供电设备提供的有功功率为 功率因数cos越低,P越小,则设备利用率越低。 2.增加了输电线路和供电设备的功率损耗 负载上的电流为 在P、U一定的情况下,功率因数cos越低,I就越大。而线路上的功率损耗为 其中,r代表传输线路加上电源内阻的总等效电阻。由上式可知,功率损耗和功率因数cos的平方成反比,即功率因数cos越低,电路损耗越大,则输电效率就越低。 由上述可知,提高电网的功率因数既能使电源设备得到充分的利用,又能减少线路上的电能损耗,从而节约大量电能,这对发展国民经济是具有极其重要的意义的。 提高功率因数的方法;功率因数不高的根本原因是电感性负载的存在。如工业生产中最常用的异步电动机在额定负载时的功率因素约为0.7~0.9左右,轻载时更低;日光灯作为感性负载功率因数也只有0.3左右。而感性负载的功率因数之所以不高,是由于负载本身需要一定的无功功率。从技术经济观点出发,如何解决这个矛盾,也就是如何才能减少电源与负载之间能量的互换,而又使电感性负载能取得所需的无功功率,这就是我们所提出的要提高功率因素的实际意义。 按照供用电规则,高压供电的工业企业的平均功率因数不低于0.95,其他单位不低于0.9。 提高功率因数,常用的方法就是在电感性负载两端并联适当大小的电容器(设置在用户或变电所中),其电路如图2.7.1所示。 提高功率因数的原理也可用相量图来说明,如图2.7.2所示。用代表并联电容器之前感性负载上的电流,等于线路上的电流,它滞后于电压的角度是,这时的功率因数是。并联电容器C之后,由于增加了一个超前于电压90°的电流,所以线路上的电流变为 其中,滞后于电压的角度是。,所以>。只要电容C选得适当,即可达到补偿要求。 并联电容之后,感性负载本身的电流和功率因数=均未改变,这是因为所加电压和感性负载的参数没有改变。因此,我们所说的提高功率因数,是指提高电源或电网的功率因数,而非指提高某个电感性负载的功率因数。另外,并联电容后有功功率并未改变,因为电容器是不消耗电能的。 |
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