功率因数的提高11
电机功率因数
电机功率因数
电机功率因数（PowerFactor）是电机的一个特性，它决定了电机提供给负载的有效功率。
功率因数用来显示负载部分是否可以有效利用提供给其的电能，它也用来衡量电机效率。
一般来说，功率因数是指电机发出的有功功率与负载消耗的有效功率之比。
它的取值范围为0到1，多数电机的功率因数都趋近1，即该电机的有功功率基本上等于其所消耗的有效功率。
当电机的功率因数低于0.7时，则表明这个电机的利用率很低，这时就需要采取相应的措施来提高其效率，以便减少用电量。
功率因数不仅是衡量电机效率的重要参数，而且还与电机结构、运行负荷、供电电压等各方面有关。
当电机运行负载变化时，其功率因数会发生变化，这与负载变化有关。
例如，当负载变大时，电机的有功功率增加，而有效功率不变，则功率因数也会随之减小。
此外，功率因数也和电机结构有关，比如某些电机因为有特殊的磁通机构，而其功率因数也会比其他电机的较高一些。
同时，电机的功率因数也受供电电压的变化影响，即供电电压升高时，电机的功率因数会有所提高，反之亦然。
由于功率因数的重要性，近年来出现了一种用于改善电机功率因数的电力因数补偿装置，它将电机的有功功率与有效功率补偿起来，从而提高电机的功率因数，减少电机的能耗。
总之，电机的功率因数是衡量电机效率的必要参数，它不仅与电机的运行负载和结构有关，而且也和供电电压的变化有关，只有当电
机的功率因数接近1时，该电机的效率才能够达到最大化。
通过引入电力因数补偿装置，也可以有效提高电机的功率因数，进而提高电机的效率，节省更多的电能。
变压器如何提高功率因数的方法(2)
教你如何提高变压器功率因数（2）3低功率因数产生的主要原因3.1励磁电流的影响变压器都带有励磁电流,它对于感应电势来说,总是滞后的在正常情况下,励磁电流不致影响功率因数,但当轻负荷运行时(如一个居民区的配电变压器在夜间主要供应照明负荷,因此,半夜以后照明负荷急剧减少,配电变压器就进入轻负荷),原端功率因数就降低。
3.2感应电动机的使用大量使用感应电动机也会造成系统功率因数降低,因为不可能所有的电动机都在满负荷运行。
当电动机满负荷运行时,功率因数可达到85%;当电动机在 75%额定负荷运行时,功率因数为0.8;而当电动机在50%额定负荷运行时,功率因数为0.7;若电动机空载运行,则功率因数为0.2～0.3。
可见, 大量使用电动机而这些电动机又不能全部都满负荷运行时,系统的功率因数必然降低。
3.3气体放电灯的使用气体放电灯在居民与工业、商业照明中正越来越广泛地应用,而气体放电灯也是以低功率因数运行的。
3.4修理过的电动机的使用由于在用户中不可避免地大量使用着修理过的电动机,这些修理过的电动机,通常其定子绕组匝数少于原来的匝数,因此,这些电动机中漏磁通增加,造成电动机功率因数降低。
4 提高功率因数的意义4. 1 能够降低生产成本、减少投资、改善设备的利用率功率因数可以表示成下述形式cosφ =P/S=P/3UI可见,在一定的电压和电流下,提高co sφ ,其输出的有功功率越大1 因此, 改善功率因数是充分发挥设备潜力、提高设备利用率的有效方法。
4. 2 可以减少线路压降、改善电压质量电力网的电压损失可借下式求出线路电压降为:&U =PR + QX/U这里, P 是线路有功负荷;Q 是线路无功负荷; R 与X 分别是线路电阻与电抗;U 是线路供电电压1 如果采用容抗为Xc 的电容来补偿,则电压损失为:&U =PR + Q( X - Xc)/U故采用补偿电容提高功率因数后,电压损失ΔU 减小,改善了电压质量1 再由(5) 或(6) 可知,无功负荷越小,则线路电压降就越小/4. 3 能够提高电力网的传输能力、提高能源的利用率、降低电力成本、增加经济效益由于视在功率与有功功率成以下关系P = S cosφQ = S2 - P2 = S ×sinφ = S × 1 - cos2φ所以,当在传送一定有功功率P 的条件下,cosφ越高,所需视在功率越小。
电力电子技术11谐波与功率因数
5.1 谐波与功率因数的概念
谐波的产生
由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生 畸变产生谐波。产生谐波的负荷称为谐波源。
主要的谐波源有
（1）电力电子装置。工业上常用的整流、逆变、调 压和变频器等
（2）电弧炉。包括用于钢铁等行业的交流和直流电 弧炉等。
（3）家用电器。如时光灯、电视机、调速风扇、空 调、冰箱等。
2In sin(nt n )
(3)谐波次数
un (t) Cun sin(nt n ) 2Un sin(nt n )
谐波频率和基波频率的整数比
(4)n次谐波电流含有率(HRIn)
HRI n
In I1
100 %
(5)电流谐波总畸变率(THDi)
THD i
Ih I1
100 %
作性能与频率、负载变化及输入电压变化有关，电感和电容间有大的充放
电电流并可能引发电路L、C谐振等。
5.3 功率因数校正技术
填谷式无缘校正
也可以用电容和二极管网络构成填谷式无 缘校正。“填谷电路”是将交流整流滤波 后的电流波形，从窄脉冲形状展开到接近 于正弦波形状，相当于把窄脉冲电流波形 中的谷点区域“填平”了很大一部分的电 路。“填谷电路”是利用整流桥后面的填 谷电路来大幅度增加整流管的导通角，通 过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为 接近于正弦波的波形，将功率因数提高到 0.9左右，显著降低总谐波失真。
现在APFC技术已广泛应用于整流开关电源、交流不间断 电源(UPS)、荧光灯电子镇流器及其它电子仪器电源中。
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
功率因数计算的问题(功率因数、有功功率、无功功率,有功表无功表读数)共11页
功率因数是指有功功率与视在功率之比；在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。
电力系统向用户供电的电压，是随着线路所输送的有功功率和无功功率变化而变化的。
当线路输送一定数量的有功功率时，如输送的无功功率越多，线路的电压损失越大。
即送至用户端的电压就越低。
供电局为了提高他们的成本效益要求用户提高功率因数，那提高功率因数对我们用户端有什么好处呢？①通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。
②藉由良好功因值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。
③可以增加系统的裕度，挖掘出了发供电设备的潜力。
如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器后，可以提高功率因数，增加负载的容量。
④减少了用户的电费支出；透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠提高功率因数的好处与方法有哪些？提高功率因数的好处有以下几个方面：(1)可以提高发电、供电设备的能力，使设备可以得到充分的利用。
(2)可以提高用户设备（如变压器等）的利用率，节省供用电设备投资，挖掘原有设备的潜力。
(3)可以降低电力系统的电压损失，减少电压波动，改善电压质量。
(4)可减少输、变、配电设备中的电流，因而降低了电能输送过程的电能损耗。
(5)可减少企业电费开支，降低生产成本。
提高功率因数的方法主要有人工调整和自然调整两种方法。
人工调整主要采取以下措施：①装设电容器是提高功率因数最经济最有效的方法。
②大容量绕线式异步电动机同步运行。
③长期运行的大型设备采用同步电动机传动。
自然调整主要采取以下措施：①尽量减少变压器和电动机的浮装容量，减少大马拉小车现象，使变压器、电动机的实际负荷在其额定容量的75%以上。
功率因数低的成功解决方案
功率因数低的成功解决方案
提高功率因数的常见解决方案包括：
1.安装电力电子补偿设备：如静态无功补偿器、电容器等。
这些设备能够补偿电网中的无功功率，并将功率因数提高到良好的水平。
2.优化电网设计：在电网设计阶段，可以采用合理的电网拓扑结构、电缆选择、变压器比例等措施，以降低电网中的电阻损耗和电感损耗，并降低无功功率的产生。
3.优化电气设备：对于能够调整功率因数的电气设备，如变频器、电动机等，可以采用相应的控制策略，调整其功率因数的值。
4.节能降耗：通过采取节能措施，减少能源的消耗，可以有效地降低功率因数。
常见的节能措施包括：优化运行方式、降低能源损耗、提高设备效率等。
5.教育与培训：对于电力使用者和维护人员进行相关知识的培训和普及，能够提高电力用户对电力能力的了解，从而更好地规划使用方案，避免功率因数低的问题的出现。
单元二xt
单元二 正弦交流电流一、填空题1.随时间按正弦规律变化的交变电压（或电流），称为正弦交流电。
2.正弦交流电的三要素是有效值、频率和初相位。
ω与f 、T 三者之间的关系是：22f Tπωπ==。
3.交流电有效值是根据电流的热效应来规定的。
4.为简化计算，工程上采用数学中的复数来表示同频率的正弦量，并将它们称为相量。
5.三相对称交流电源的特点是：最大值相等、频率相同、相位互差120度。
6．电感线圈对交流电的阻碍作用称为感抗，其值与频率成正 比，流过纯电感线圈中的电流比它两端的电压在相位上滞后90°。
7.电容元件对交流电的阻碍作用叫容抗，电容对低频电流的阻碍作用大，对高频电流的阻碍作用小。
8.电工技术中，把复数)1(CL j R Z ωω-+=,叫做复阻抗，复数的模叫做 阻抗。
阻抗角ϕ＞0，电路呈感性；ϕ＜0,电路呈容性；ϕ=0，电路呈阻性，电压与电流同相位时，电路则发生了谐振。
9.在电工技术中，把电路端口电压有效值U 与端口电流有效值I 的乘积，称为二端网络的视在功率。
10.提高功率因数的意义是：提高电源设备的利用率；降低了电能在线路上的损失。
11．提高功率因数的方法是：并联电容器和提高自然功率因数。
并联后，负载上的电压和有功功率均保持不变。
12．在RLC 串联电路中，可以用调节电源频率和改变电路参数 的方法使电路谐振。
13．若三相负载对称，则不论星形联接还是角形联接，其三相有功功率都可用公式 3cos l l P U I φ=来计算。
14.三相对称电动势的特点是最大值相等，频率相同，相位互差120°。
15.对称三相四线制电源，可提供两种电压：线电压和相电压 ，p l U U 3=，相位关系是线电压超前相应的相电压30° 。
16．三相对称负载作三角形连接，接入三相对称电源，线电流是相电流的3倍。
17.三相四线制供电系统中，中线的作用是使不对称的三相负载的 相电压对称；中线上不准许安装熔断器和开关。
试验11日光灯电路及功率因数提高
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0～500V
1
2
交流电流表
０～5A
1
3
功率表
ห้องสมุดไป่ตู้
1 （DGJ-07）
4
自耦调压器
1
5
镇流器、启辉器 与40W灯管配用 各1 DGJ-04
6
日光灯灯管
40W
1
屏内
7
电容器
1μF,2.2μF,4.7μF/500 V
各1
DGJ-05
8
白炽灯及灯座
220V，15W
实验二、日光灯电路及其功率因数提高
一、实验目的
1. 掌握日光灯线路的接线。 2. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明 日光灯线路如图2-1所示，图中A是日光灯管，L是镇
流器， S是启辉器， C是补偿电容器，用以改善电路的 功率因数（cosφ值）。有关日光灯的工作原理请自行翻 阅有关资料。
3. 为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器， 此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还 是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？
4. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法， 而不用 串联法？所并的电容器是否越大越好？
七、实验报告
1. 完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 2. 根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，
表2-1
电容值
测量 数值
计 算值
(μF) P(W) COSφ U(V) I (A) IL(A) IC(A) I’(A) Cosφ
0 U2
1
2.2
4.7
电路实验文档实验十功率因数的提高
实验十 功率因数的提高一、实验目的1.了解日光灯结构和工作原理；2.学习提高功率因数的方法；3.了解输电线线路损耗情况，理解提高功率因数的意义。
二、实验原理与说明1.正弦电流电路中，不含独立电源的二端网络消耗或吸收的有功功率P=UI cos ϕ,cos ϕ称为功率因数，ϕ为关联参考方向下二端网络端口电压与电流之间的相位差。
2.在工业用户中，一般感性负载很多，如电动机、变压器等，其功率因数较低。
当负载的端电压一定时，功率因数越低，输电线路上的电流越大，导线上的压降也越大，由此导致电能损耗增加，传输效率降低，发电设备的容量得不到充分的利用。
从经济效益来说，这也是一个损失。
因此，应该设法提高负载端的功率因数。
通常是在负载端并联电容器，这样流过电容器中的容性电流补偿原负载中的感性电流，此时负载消耗的有功功率不变，且随着负载端功率因数的提高，输电线路上的总电流减小，线路损耗降低，因此提高了电源设备的利用率和传输效率。
电路见图10-1。
3.图10—2是供电线路图，在工频下，当传输距离不长、电压不高时，线路阻抗1Z 可以看成是电阻R 1和感抗X 1相串联的结果。
若输电线的始端(供电端)电压为U 1，终端(负载端)电压为U 2，负载阻抗和负载功率分别为()222Z =R +jX 和P 2，负载端功率因数为2=cos λϕ，则线路上的电流为222P I U cos ϕ＝线路上的电压降为12U U -U ∆=输电功率为22221221P P P P P P P I R η∆===++ 式中，P 1为输电线始端测得的功率，P ∆为线路上的损耗功率。
实验时，可以用一个具有较小电阻的元件模拟输电线路阻抗，用日光灯模拟负载阻抗Z 2，研究在负载端并联电容器改变负载端功率因数时，输电线路上电压降和功率损耗情况以及对输电线路传输效率的影响。
图10-1 图10-2 负载的功率因数可以用三表法测U 、I 、P 以后，再按公式P=cos =UIλϕ计算得到，也可以直接用功率因数表或相位表测出。
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例.
已知： 滞后)。 已知：f=50Hz, U=380V, P=20kW, cosϕ1=0.6(滞后 。要 滞后 ɺ 使功率因数提高到0.9 , 求并联电容 。 I 求并联电容C。 ɺ 使功率因数提高到 IC + + P=20kW cosϕ1=0.6 C
ɺ U _
R L
ɺ IL
ɺ U
_
C
解： 由cosφ1 = 0.6 得 φ1 = 53.13o
由cosφ2 = 0.9 得 φ 2 = 25.84 P C= (tgφ 1 − tgφ 2 ) 2 ωU 20 × 10 3 (tg53.13 − tg 25.84 ) = 2 314 × 380 = 375 µF
o
ϕ1 ϕ2
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补偿容量的确定
IC = I L sinϕ1 − I sinϕ2
P P 将I= , IL = U cos ϕ 2 U cos ϕ1 代入
ϕ1 ϕ2
ɺ I
ɺ IC
ɺ U
P ɺ ɺ IL I I C = (tgϕ1 − tgϕ 2 ) + R U C ɺ 补偿后电流？补偿后功率因数？ 补偿后电流？补偿后功率因数？ U 而 I C = UωC L _ P ∴C= (tg ϕ 1 − tg ϕ 2 ) 2 ωU
P P 即: U ω C = I 1 sin ϕ 1 − I sin ϕ = Ucosϕ sinϕ1 − Ucosϕ sinϕ 1
ɺ I1
P (tanϕ1 − tanϕ ) 所以 C = 2 ωU
§5-7 功率因数提高
客观事实 负载消耗多少有功功率由负载的阻抗角决定。 负载消耗多少有功功率由负载的阻抗角决定。
ɺ I
ɺ IC
相量图
+
R
ɺ U
C
L
ɺ I1
ɺ IC
ϕ1
ϕ
ɺ I
ɺ U
-
ɺ I1
ϕ
cosϕ
I
结论：并联电容C后 结论：并联电容C 电路的总电流I减小， 1、电路的总电流I减小，电路总功率因数 cosϕ 增 加 电路总视在功率S减小。 电路总视在功率S减小。 2、感性支路的功率因数 不变。 流I1不变。 三、补偿电容的计算 补偿电容C的大小由所需要的功率因数值 来确定。 补偿电容 的大小由所需要的功率因数值 cosϕ 来确定。
单纯从提高cos 看是可以，但是负载上电压改变了。 单纯从提高 ϕ 看是可以，但是负载上电压改变了。在电 网与电网连接上有用这种方法的，一般用户采用并联电容。 网与电网连接上有用这种方法的，一般用户采用并联电容。
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功率因数提高后， 线路上电流减少， 功率因数提高后 ， 线路上电流减少 ， 就可以带更 多的负载，充分利用设备的能力。 多的负载，充分利用设备的能力。 再从功率这个角度来看 : 并联C后 ， 电源向负载输送的有功 L cosϕ1=UI 并联 后 电源向负载输送的有功UI cosϕ2 不 变 ， 但 是 电 源 向 负 载 输 送 的 无 功 UIsinϕ2<UILsinϕ1 减少了 ， 减少的这部分无功就由电 减少了， 容“产生”来补偿，使感性负载吸收的无功不变，而 产生”来补偿，使感性负载吸收的无功不变， 功率因数得到改善。 功率因数得到改善。
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解决办法
分析: 分析 +
ɺ U _
在负载两端并联电容， 在负载两端并联电容，提高功率因数
ɺ I
C
原负载 ɺ ɺ IL IC R L
新负载
ϕ1 ϕ2
ɺ I
ɺ IC
ɺ U
ɺ IL
并联电容后，原负载的任何参数都没有改变！ 并联电容后，原负载的任何参数都没有改变！ 并联电容后, 原感性负载取用的电流不变, 并联电容后, 原感性负载取用的电流不变, 吸收的有功无功都不 变，即负载工作状态没有发生任何变化。由于并联电容的电流领 即负载工作状态没有发生任何变化。 先总电流，从相量图上看, 的夹角减小了, 先总电流，从相量图上看, U I 的夹角减小了, 从而提高了电源 端的功率因数cos φ 端的功率因数
ɺ IL
ɺ 电源 U
负载 Z
S = UI
cosϕ =1,
ϕ1 P=Scosϕ
P=S
L
ɺ U
一般用户为感性负载 异步电动机、 异步电动机、日光灯
cosϕ =0.7,ɺ P=0.7S I
功率因数低带来的问题
(1) 电源的利用率降低。电流到了额定值，但功率容量还有 电源的利用率降低。电流到了额定值， (2) 线路压降损耗和能量损耗增大。 I=P/(Ucosϕ ) 线路压降损耗和能量损耗增大。
C
ɺ I
ɺ IL
欠 不要求(电容设备投资增加 经济效果不明显) 全——不要求 电容设备投资增加 经济效果不明显 不要求 电容设备投资增加,经济效果不明显 使功率因数又由高变低(性质不同 过——使功率因数又由高变低 性质不同 使功率因数又由高变低 性质不同) 综合考虑，提高到适当值为宜( 左右)。 综合考虑，提高到适当值为宜 0.9 左右 。 补偿容 量不同
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补偿容量也可以用功率三角形确定： 补偿容量也可以用功率三角形确定： QC QL Q = Q L − Q = P (tgφ − tgφ ) 1 2 QC = ωCU 2 ∴ C = P 2 (tgφ − tgφ ) 1 2
ϕ1 ϕ2
P
Q
ωU
思考：能否用串联电容提高 ϕ ? 能否用串联电容提高cos
Q = UN IN sinϕ = 800kvar
P2 1 ∆P = rI 2 = r 2 2 U cos ϕ
二、提高功率因数的方法： 提高功率因数的方法：
提高功率因数的关键是减小电源所负担的无功功率。 提高功率因数的关键是减小电源所负担的无功功率。 关键是减小电源所负担的无功功率 减小电源对感性负载提供的无功功率最常用的方法是 在感性负载的两端并联大小合适的电容 并联大小合适的电容。 在感性负载的两端并联大小合适的电容。 电路如图
cosϕ1 不变，感性支路的电 不变，
3、 电路总的有功功率P不变。 电路总的有功功率P不变。
ɺ 1
+
R
ɺ U
ɺ IC
L
ɺ I1
因为IC=UωC 因为
ϕ1
ϕ
ɺ I
ɺ U
I sin ϕ
由相量图可得： I C = I 1sinϕ1 − I sinϕ 由相量图可得：
P = UN INcosϕ = 1000kW
无需提供的无功功率。 无需提供的无功功率。
co 若用户： 则电源可发出的有功功率为： 若用户： sϕ = 0.6 则电源可发出的有功功率为：
P = UN INcosϕ = 600kW
而需提供的无功功率为: 而需提供的无功功率为: 所以提高 所以提高 cosϕ可使发电设备的容量得以充分利用。 可使发电设备的容量得以充分利用。 提高功率因数，可减小线路和发电机绕组的功率损耗。 2、提高功率因数，可减小线路和发电机绕组的功率损耗。 可知，发电机的电压U和输出功率 和输出功率P 根据 P =UI cosϕ可知，发电机的电压 和输出功率P 一定时，电流I与功率因数成反比。 一定时，电流I与功率因数成反比。线路和发电机绕组 上的功率损耗与功率因数成反比。 上的功率损耗与功率因数成反比。即
４.8 功率因数的提高 功率因数的
电路的有功功率 P=UI cosϕ ，当电压和电流的大小一 定时，Ｐ ，Ｐ的大小就取决于 的大小， 定时，Ｐ的大小就取决于 cosϕ 的大小，所以 cosϕ 称为功率因素 功率因素。 称为功率因素。 实际中大多数负载都是感性负载，功率因数总是小于1。 实际中大多数负载都是感性负载，功率因数总是小于 。 提高功率因数的意义——主要体现在以下两个方面 一、提高功率因数的意义 主要体现在以下两个方面 1、功率因数的大小直接影响发电、输电、配电设备容量 、功率因数的大小直接影响发电、输电、配电设备容量 的利用率。 的利用率。 例如： 例如：某电源的容量 SN = UN ⋅ IN = 1000 kV⋅ A 若用户： 则电源可发出的有功功率为： 若用户： cosϕ = 1 则电源可发出的有功功率为：
ɺ I
ɺ IC
ɺ U
ɺ IL
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