功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感或電容性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。功率因數(shù)低，說(shuō)明電路用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無(wú)功功率大，從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。所以，供電部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

 

　　在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào)cosΦ表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S。

 

　　(1) 基本分析：

 

　　拿設(shè)備作舉例。例如：設(shè)備功率為100個(gè)單位，也就是說(shuō)，有100個(gè)單位的功率輸送到設(shè)備中。然而，因大部分電器系統(tǒng)存在固有的無(wú)功損耗，只能使用70個(gè)單位的功率。很不幸，雖然僅僅使用70個(gè)單位，卻要付100個(gè)單位的費(fèi)用。在這個(gè)例子中，功率因數(shù)是0.7 (如果大部分設(shè)備的功率因數(shù)小于0.9時(shí)，將被罰款)，這種無(wú)功損耗主要存在于電機(jī)設(shè)備中(如鼓風(fēng)機(jī)、抽水機(jī)、壓縮機(jī)等)，又叫感性負(fù)載。功率因數(shù)是馬達(dá)效能的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

 

　　(2) 基本分析：

 

　　每種電機(jī)系統(tǒng)均消耗兩大功率，分別是真正的有用功(叫千瓦)及電抗性的無(wú)用功。功率因數(shù)是有用功與總功率間的比率。功率因數(shù)越高，有用功與總功率間的比率便越高，系統(tǒng)運(yùn)行則更有效率。

 

　　(3) 高級(jí)分析：

 

　　在感性負(fù)載電路中，電流波形峰值在電壓波形峰值之后發(fā)生。兩種波形峰值的分隔可用功率因數(shù)表示。功率因數(shù)越低，兩個(gè)波形峰值則分隔越大。保爾金能使兩個(gè)峰值重新接近在一起，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

 

　　對(duì)于功率因數(shù)改善 ：

 

　　電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器、日光燈及電弧爐等，大多屬于電感性負(fù)荷，這些電感性的設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中不僅需要向電力系統(tǒng)吸收有功功率，還同時(shí)吸收無(wú)功功率。因此在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備后，將可以提供補(bǔ)償感性負(fù)荷所消耗的無(wú)功功率，減少了電網(wǎng)電源側(cè)向感性負(fù)荷提供及由線路輸送的無(wú)功功率。由于減少了無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗，這就是無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б妗o(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕康木褪翘嵘a(bǔ)償系統(tǒng)的功率因數(shù)。因?yàn)楣╇娋职l(fā)出來(lái)的電是以KVA或者M(jìn)VA來(lái)計(jì)算的，但是收費(fèi)卻是以KW，也就是實(shí)際所做的有用功來(lái)收費(fèi)，兩者之間有一個(gè)無(wú)效功率的差值，一般而言就是以KVAR為單位的無(wú)功功率。大部分的無(wú)效功都是電感性，也就是一般所謂的電動(dòng)機(jī)、變壓器、日光燈……，幾乎所有的無(wú)效功都是電感性，電容性的非常少見。也就是因?yàn)檫@個(gè)電感性的存在，造成了系統(tǒng)里的一個(gè)KVAR值，三者之間是一個(gè)三角函數(shù)的關(guān)系： KVA的平方=KW的平方+KVAR的平方簡(jiǎn)單來(lái)講，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值為零的話，KVA就會(huì)與KW相等，那么供電局發(fā)出來(lái)的1KVA的電就等于用戶1KW的消耗，此時(shí)成本效益高，所以功率因數(shù)是供電局非常在意的一個(gè)系數(shù)。用戶如果沒(méi)有達(dá)到理想的功率因數(shù)，相對(duì)地就是在消耗供電局的資源，所以這也是為什么功率因數(shù)是一個(gè)法規(guī)的限制。目前就國(guó)內(nèi)而言功率因數(shù)規(guī)定是必須介于電感性的0.9～1之間，低于0.9，或高于1.0都需要接受處罰。這就是為什么我們必須要把功率因數(shù)控制在一個(gè)非常精密的范圍，過(guò)多過(guò)少都不行。

 

　　供電局為了提高他們的成本效益要求用戶提高功率因數(shù)，那提高功率因數(shù)對(duì)我們用戶端有什么好處呢？① 通過(guò)改善功率因數(shù)，減少了線路中總電流和供電系統(tǒng)中的電氣元件，如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等的容量，因此不但減少了投資費(fèi)用，而且降低了本身電能的損耗。② 藉由良好功因值的確保，從而減少供電系統(tǒng)中的電壓損失，可以使負(fù)載電壓更穩(wěn)定，改善電能的質(zhì)量。③ 可以增加系統(tǒng)的裕度，挖掘出了發(fā)供電設(shè)備的潛力。如果系統(tǒng)的功率因數(shù)低，那么在既有設(shè)備容量不變的情況下，裝設(shè)電容器后，可以提高功率因數(shù)，增加負(fù)載的容量。舉例而言，將1000KVA變壓器之功率因數(shù)從0.8提高到0.98時(shí)：補(bǔ)償前：1000×0.8=800KW

 

　　補(bǔ)償后：1000×0.98=980KW

 

　　同樣一臺(tái)1000KVA的變壓器，功率因數(shù)改變后，它就可以多承擔(dān)180KW的負(fù)載。④ 減少了用戶的電費(fèi)支出；透過(guò)上述各元件損失的減少及功率因數(shù)提高的電費(fèi)優(yōu)惠。此外，有些電力電子設(shè)備如整流器、變頻器、開關(guān)電源等；可飽和設(shè)備如變壓器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等；電弧設(shè)備及電光源設(shè)備如電弧爐、日光燈等，這些設(shè)備均是主要的諧波源，運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生大量的諧波。諧波對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器等所有連接于電網(wǎng)的電器設(shè)備都有大小不等的危害，主要表現(xiàn)為產(chǎn)生諧波附加損耗，使得設(shè)備過(guò)載過(guò)熱以及諧波過(guò)電壓加速設(shè)備的絕緣老化等。并聯(lián)到線路上進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娙萜鲗?duì)諧波會(huì)有放大作用，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴(yán)重。另外，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會(huì)使電容器的電流有效值增加，造成溫度升高，減少電容器的使用壽命。諧波電流使變壓器的銅損耗增加，引起局部過(guò)熱、振動(dòng)、噪音增大、繞組附加發(fā)熱等。

 

　　諧波污染也會(huì)增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對(duì)通訊質(zhì)量有影響。當(dāng)電流諧波分量較高時(shí)，可能會(huì)引起繼電保護(hù)的過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)的誤動(dòng)作。因此，如果系統(tǒng)量測(cè)出諧波含量過(guò)高時(shí)，除了電容器端需要串聯(lián)適宜的調(diào)諧（detuned）電抗外，并需針對(duì)負(fù)載特性專案研討加裝諧波改善裝置。

 

　　改善電能質(zhì)量的理由：為什么說(shuō)提高用戶的功率因數(shù)可以改善電壓質(zhì)量？

 

　　電力系統(tǒng)向用戶供電的電壓，是隨著線路所輸送的有功功率和無(wú)功功率變化而變化的。當(dāng)線路輸送一定數(shù)量的有功功率是，如輸送的無(wú)功功率越多，線路的電壓損失越大。即送至用戶端的電壓就越低。如果110KV以下的線路，其電壓損失可近似為：△U=PR+QX/Ue

 

　　其中：△U－線路的電壓損失，KV

 

　　Ue－－線路的額定電壓，KV

 

　　P－－線路輸送的有功功率，KW

 

　　Q－－線路輸送的無(wú)功功率，KVAR

 

　　R—線路電阻，歐姆

 

　　X－－線路電抗，歐姆

 

　　由上式可見，當(dāng)用戶功率因數(shù)提高以后，它向電力系統(tǒng)吸取的無(wú)功功率就要減少，因此電壓損失也要減少，從而改善了用戶的電壓質(zhì)量。

 

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