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(dòng)機(jī)、變壓器等用電設(shè)備都具有電感特性,它們工作時(shí)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(gè)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(jī)的功率因數(shù):表示本臺(tái)電機(jī)可以將電網(wǎng)中%的能量輸入給電機(jī)作為電機(jī)的輸入功率。
電機(jī)的效率=電機(jī)的輸出功率/電機(jī)的輸入功率;表示電機(jī)可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)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(huì)影響電機(jī)的效率。比如在設(shè)計(jì)一臺(tái)電機(jī)時(shí),電機(jī)的功率因數(shù)很小,電機(jī)的輸入電壓如380V是確定的會(huì)導(dǎo)致輸入電流變大,輸入電流變大會(huì)導(dǎo)致電機(jī)線圈發(fā)熱量增加,電機(jī)的效率會(huì)降低。
詳細(xì)的概念解釋:
有功功率又叫平均功率。交流電的瞬時(shí)功率不是一個(gè)恒定值,功率在一個(gè)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(dòng)機(jī)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(shí)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(shí)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(jìn)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(dāng)電路中有功功率恒定時(shí),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(fèi)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)和電力變壓器運(yùn)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(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載(功率)時(shí)的功率因數(shù)為0.85~0.9,而在空載時(shí)的功率因數(shù)僅為0.2~0.3。空載或輕載時(shí)的效率肯定也要降低。因此,應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特性和運(yùn)行工況,合理選擇異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)使用數(shù)量很多,而且在選擇時(shí)總希望電動(dòng)機(jī)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。可以對負(fù)荷不足的異步電動(dòng)機(jī),用鉗形電流表測量電流或利用測繪負(fù)荷曲線的方法確定適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)容量,而后以小容量電動(dòng)機(jī)代替之。用小容量電動(dòng)機(jī)代替負(fù)荷不足的大容量電動(dòng)機(jī),一般可使功率因數(shù)提高20%左右;一般電動(dòng)機(jī)負(fù)荷高于70%左右時(shí)可以不換,當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷低于40%時(shí),應(yīng)對節(jié)能效果進(jìn)行考核后合理更換。
② 輕負(fù)荷電動(dòng)機(jī)降壓運(yùn)行。輕負(fù)荷電動(dòng)機(jī)降壓運(yùn)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(dāng)然,降壓運(yùn)行也使電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩減小,這一點(diǎn)必須充分考慮到。一般認(rèn)為,電動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)在0.45以下時(shí)。可將正常運(yùn)行時(shí)為△接線的電動(dòng)機(jī)改為Y形接線更為合理,從而使功率因數(shù)及效率都會(huì)有所提高。
③電力變壓器的合理運(yùn)行。電力變壓器不宜輕載運(yùn)行,因?yàn)樽儔浩饕淮蝹?cè)的功率因數(shù)不僅與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān),而且與負(fù)荷率有關(guān)。若變壓器滿載運(yùn)行時(shí),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(yùn)行,當(dāng)負(fù)荷率小于0.6時(shí),一次側(cè)的功率因數(shù)將顯著下降,可達(dá)11%~18%。所以,電力變壓器在負(fù)荷率0.6以上運(yùn)行時(shí)才較為經(jīng)濟(jì),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(yùn)行。變壓器負(fù)荷率小于30%時(shí),應(yīng)更換容量較小的變壓器。
④ 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(dòng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀況,限制電焊機(jī)和機(jī)床電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)轉(zhuǎn),即采用空載自動(dòng)延時(shí)斷電裝置。
⑤ 異步電動(dòng)機(jī)同步化運(yùn)行。對于負(fù)荷率不大于0.7及最大負(fù)荷不大于90%的繞線式異步電動(dòng)機(jī),必要時(shí)使其同步化運(yùn)行,即當(dāng)繞線式異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)完畢后,向轉(zhuǎn)子三相繞組輸入直流勵(lì)磁,即產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩把異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)入同步運(yùn)行,其運(yùn)行狀態(tài)與同步電動(dòng)機(jī)相似,在勵(lì)磁過剩的情況下,電動(dòng)機(jī)可向電網(wǎng)輸送無功功率,從而達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。
2)提高功率因數(shù)的補(bǔ)償法
所謂補(bǔ)償法,就是采用無功功率的設(shè)備來補(bǔ)償用電設(shè)備所需的無功功率,以提高功率因數(shù)。采用補(bǔ)償法,無疑需要增添補(bǔ)償設(shè)備。所以從整體來看,應(yīng)首先采用提高自然功率因數(shù)的方法,但當(dāng)功率因數(shù)達(dá)不到供電部門或設(shè)計(jì)規(guī)范要求時(shí),則需采用專門的補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償。常用的補(bǔ)償無功功率方法有:采用并聯(lián)電容器,選用同步電動(dòng)機(jī),采用同步調(diào)相機(jī)等。
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