功率因数-定义,重要性,计算和校正技术

在交流电源系统中,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网站它是一个在-1和1之间的有理数,但是没有单位。系统的功率因数取决于当前负载的类型,是电阻性、感性还是电容性。感性和容性负载对系统的功率因数有负面影响。差的p.f会导致负载消耗的电流增加。

功率因数的定义

功率因数可以定义为实际功率(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余弦的绝对值。表示为希腊字母λ (Lambda)。

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

“V”是以伏特为单位的电压
“I”是电流单位安培
“Φ”是电压和电流之间的相位角

功率因数-功率三角形
功率三角形

有功功率(kW)

它是真正的力量传输到负载进行能量转换。例如,电机消耗来自电路的真实功率并将其转换为机械能,而另一方面,灯将其转换为光。它由字母P表示。

无功功率(kW)

无功功率是在电机和变压器中产生磁场所需的功率,对功率有直接影响。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。

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单位功率因数

单位功率因数被认为是一个完美的场景,在此期间,表观权力和实权应该是相一致的。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将是单位。

如果功率因数cos φ=1,这意味着没有无功功率流,电压和电流之间的相位角为零。

领先功率因数

如果视在功率领先于实际功率(真功率),即电流领先于电压,则P.F被认为是领先的。容性负载使电流引导电压,从而产生功率因数。

滞后功率因数

如果视在功率滞后于实际功率(真功率),即电流滞后于电压,则P.F.被认为是超前的。感性负载使电流滞后于电压,因此p.f。

PowerFactorWaveform

功率因数计算

从幂三角形来看:
功率因数=实际功率/视在功率

\[功率因数= \frac{实功率}{视在功率}\]

同时,

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

同时,

\[功率因数= \frac {Z}{R} \]

为什么功率因数改进很重要?

功率因数改进旨在优化电力利用,降低电费,减少电力损耗。yb体育app网站

  • 电力变压器与功率因数无关,如果功率因数接近于单位,对于相同KVA额定值的变压器可以接更多的负荷。(功率因数越小电流越好)。
  • 电力公司对不保持最佳p.f.的处罚可以避免。
  • 如果功率因数。低p.f.导致较高的铜损失(I2R)损失也会在电缆上降低更多的电压。

功率因数校正技术

潮流图
潮流图

大多数电力负载是感性的,导致电流滞后于电压。为了克服这几个功率因数校正技术适应,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并联的静态电容器。静态电容器为系统提供先导电流,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VAR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,并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与负载平行连接同步补偿器。它们是空载运行的同步电动机。当同步电机过激并空载运行时,它充当电容器并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维持系统所需的功率因数而必须采取的措施。大多数时候,工程师选择电容器组进行p.f.校正。以下是如何确定p.f.校正所需的电容器:

我们可以用电压表测量电源电压,用电流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出负载消耗的电流功率、视在功率和无功功率。

视在功率= V x I(用电流表和电压表测量)
当前功率因数=负载KW(实功率)/视在功率

从幂三角形来看:

功率因数-功率三角形

无功功率=Sq.rt((明显power-kVA)2-(实际功率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所用电容的尺寸,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为电源频率

Xc是容抗。

重要性/功率因数的重要性。

有功功率(真功率)表示为:

P= VI.Cos Φ

对于给定的负载,P应始终恒定,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的值为单位,则负载从源端排出的电流应为:

\[I = \frac {P}{V} ----方程1\]

如果p.f. Cos Φ小于单位,即' 0.8 ',则负载从源排出的电流应为:

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

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,从电源排出的电流与功率因数成反比。

电流的增加会直接影响发电成本,也会增加输电损耗。设备中使用的导体被设计成通过一定数量的电流。如果电源的功率因数很差,可能会有更多的电流流入设备,从而损坏设备或降低预期寿命。

公用事业公司对p.f.低于一定水平的商业消费者处以巨额罚款。因此,将功率功率保持在一定的值对于有效利用功率是非常重要的。

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性工业负载。当我们说感性工业负载时,感应电机是主要贡献者。大多数这些电机以低滞后p.f运行。当在轻负载下运行时,它的p.f为0.1-0.4,在满载时上升到0.8-0.9。除了感应电机外,感应加热炉和弧光灯的p.f也很差。

缺点功率因数差

  • 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。
  • 在一个固定的千瓦,电缆将携带更多的电流,如果p.f.低。因此,这增加了所使用电缆的尺寸。
  • 电流越大,铜的损耗就越大。
  • 在低p.f.运行时的大电流会导致变压器、交流发电机和输电线路的电压调节不良(因为内部铜损耗)。

参考文献

关于“功率因数——定义、重要性、计算和校正技术”的2个思考

  1. 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?因为我注意到我的工厂MCC面板显示较少的pf时,电机运行在空载

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