功率因数-定义,重要性,计算和校正技术

在交流电力系统中,功率因数是一个非常重要的参数,它定义了负载如何有效地利用电能。yb体育app网站它是介于-1和1之间的有理数,但没有单位。系统的p.f取决于当前负载的类型,是阻性、感性还是容性。感性负载和容性负载对系统的功率因数有负面影响。差的p.f会导致负载排出的电流增加。

功率因数的定义

功率因数可以定义为实功率(有功功率)与视在功率的比值。它也可以定义为交流电路中电压和电流之间相移的余弦值的绝对值。它由希腊字母λ (λ)。

功率因数(λ)=有功功率/视在功率
= vi . cos φ/ vi
= COSφ

“V”是以伏特为单位的电压
“I”是当前的安培
' Φ '是电压和电流之间的相位角

功率因数-功率三角
功率三角形

有功功率(千瓦)

这是真正的力量传输到负载进行能量转换。例如,电机从电路中消耗真正的功率并将其转化为机械功率,而另一方面,灯将其转化为光。它由字母P表示。

无功功率(千瓦)

无功功率是在电机和变压器中产生磁场所需的功率,对p.f有直接影响。它用字母Q表示。

视在功率(kVA)

视在功率是负载所消耗的电压和电流的乘积,与它的相位角无关。它是实功率和无功功率的结合。它由字母S表示。

阅读更多:实功率,无功功率,复功率和视功率

统一的功率因数

统一的功率因数被认为是一个完美的场景,在这个场景中,表观权力和实际权力应该是相一致的。当负载是纯电阻性时,流向负载的电流将是线性的,因此电压和电流之间的相移将为零,cos Φ将为单位。

如果功率因数cos φ=1,表示无功功率流,电压和电流之间的相位角为零。

领先的功率因数

如果视在功率超前于实功率(真功率),即电流超前于电压,则认为P.F超前。容性负载使电流领先于电压,这是功率因数。

滞后功率因数

如果视在功率滞后于实功率(真功率),即电流滞后于电压,则认为P.F.是超前的。感应负载使电流滞后于电压,因此p.f。

PowerFactorWaveform

功率因数计算

从权力三角来看:
功率因数=实功率/视功率

\[功率因数= \frac{实功率}{视在功率}\]

同时,

\[功率因数= \frac {kW \乘1000}{3 \乘V_L_N} \]

同时,

\[功率因数= \frac {Z}{R} \]

为什么功率因数改进很重要?

功率因数的改善旨在优化利用电力,减少电费,减少电力损耗。yb体育app网站

  • 电力变压器是独立于p.f的,如果功率因数接近于一,对于相同的KVA额定值的变压器可以连接更多的负载。(功率因数越好,电流越小)。
  • 电力公司对不保持最佳p.f.的处罚是可以避免的。
  • 如果功率因数是最佳尺寸的电源线是可能的。低p.f导致较高的铜损耗(I2R)损耗,电缆上的电压也会下降。

功率因数校正技术

功率流图
功率流图

大多数的电力负载是感应的,导致电流滞后于电压。为了克服这几功率因数校正技术是适应的,这有助于中和这种滞后电流。最常见的P.F.校正技术是使用与负载平行的静态电容器。静态电容器为系统提供领先的电流,减少滞后。电容器组与感性负载并联。这些电容器根据需要使用接触器进行切换。静态无功补偿器也用于p.f校正。这些是无功功率补偿器的电力电子版本,利用晶闸管进行电容开关,而不是接触器。

权力factor-capacitor

其他功率因数校正技术包括连接与负载平行的同步补偿器。它们是空载运行的同步电动机。当同步电机过激励并空载运行时,它就像一个电容器,向电网提供无功功率。同步补偿器与负载平行连接。

功率因数校正计算

适当的功率因数校正措施为了保持系统所需的功率因数必须采取的措施。大多数情况下,工程师选择电容组进行p.f.校正。以下是如何确定p.f.校正所需的电容:

我们可以用电压表测量电源电压,用安培表测量负载产生的电流。根据这些数据,我们可以用下面的公式计算负载消耗的电流p.f、视在功率和无功功率。

视在功率= V x I(用安培计和电压表测量)
当前功率因数=负载KW(实功率)/视在功率

从权力三角来看:

功率因数-功率三角

无功功率(kVAR) =Sq.rt((明显power-kVA)2(实际power-kW)2

而且,

\[无功\:功率= \frac {V^2}{X} \]

由上式可知,

\[X = \frac{无功\:功率}{V^2} \]

计算实现单位功率因数的电容器尺寸可计算如下:

\[X_c = \frac {1}{2\pi fC} \]

因此,

\[C = \frac {1}{2\pi fX_c} \]

在那里,

C为电容值,单位为法拉

F为供电频率

Xc是容性电抗。

功率因数的重要性/重要性。

有功功率(真功率)表示为:

P = VI.CosΦ

对于给定的负载,P应始终恒定,电源V提供的电压也应恒定。参数I和Cos Φ是相互依赖的。例如,如果Cos Φ的值为unity,则负载从源排出的电流应为:

\[I = \frac {P}{V} ----公式1\]

如果p.f. Cos Φ小于单位,比如' 0.8 ',那么源的负载排出的电流应为:

\[我= \压裂{P}{0.8 \乘以V} = \压裂{1.25 \乘以P} {V},方程2 \]

从表达式1和2可以清楚地看出,当以较小的p.f传输相同数量的功率P时,电流显著增加。因此,对于恒定的负载,在恒定的电压下,从电源流出的电流与功率因数成反比。

电流的增加直接影响发电成本,也增加了输电损耗。设备中使用的导体被设计成让特定数量的电流通过。如果电源的功率因数较差,可能会有更多的电流流向设备,从而损坏设备或降低预期寿命。

公用事业公司对p.f.低于某一水平的商业消费者处以巨额罚款。因此,要使功率的有效利用保持在一定的值是非常重要的。

低p.f的原因

低功率因数的主要原因是连接到系统的高感应工业负载。当我们说感应工业负载时,感应电机是主要贡献者。大多数这些电机在低滞后p.f运行。当在轻负荷运行时,它在0.1-0.4的p.f运行,并在满负荷时上升到0.8-0.9。除了感应电机,感应加热炉和弧光灯的p.f也很差。

功率因数差的缺点

  • 由于kVA与p.f成反比,因此负载的p.f越小,所使用的变压器、发电机和开关设备的kVA额定值就越高。
  • 在固定的kW下,如果p.f较低,电缆将携带更多的电流。因此,这增加了要使用的电缆的尺寸。
  • 电流越高,铜的损失就越高。
  • 低p.f.运行时的大电流会导致变压器、交流发电机和传输线的电压调节不良(因为内部铜损耗)。

参考文献

这篇文章只有一个评论

  1. 不过数

    你好,先生,你解释得很好。但是我有一个问题,你能告诉我如何提高低负载感应电机的PF吗?因为我注意到,当电机空载运行时,我的工厂MCC面板显示更少的pf

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