一．  功率因數(shù)的定義

 

    在電力系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)及其它帶有線圈（繞組）的設(shè)備很多，這類設(shè)備除了從電源取得一部分電功率作有功用外，還將耗用一部分電功率用來(lái)建立線圈磁場(chǎng)。這就額外地加在了電源的負(fù)坦，功率因數(shù)cos?(也稱力率）就是反映總電功率中有功功率所占的比例大小。

 

    理論公式上，有功功率表達(dá)式中的P=U*I*cos?中的cos?為功率因數(shù)，功率因數(shù)小于或等于1，功率因數(shù)的大小說(shuō)明電源被利用程度，它的高低決定月電路端電壓和電流之間的相位差。cos? 小于1 電路中就發(fā)生能量互換出現(xiàn)無(wú)功功率Q=UIsin?。

 

    所以在計(jì)算過(guò)程中，可通過(guò)cos?=P/S ，tg?=P/Q（其中：P稱為有功功率（KW），Q稱無(wú)功功率（Kvar)，S=U*I稱為視在功率（KVA)），在實(shí)際中，可用電量值代替相應(yīng)的功率。

 

    二．提高功率因數(shù)的實(shí)際意義

 

    1． 對(duì)于電力系統(tǒng)中的供電部分，提供電能的發(fā)電機(jī)是按要求的額定電壓和額定電流設(shè)計(jì)的，發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行中，電壓和電流都不能超過(guò)額定值，否則會(huì)縮短其使用壽命，甚至損壞發(fā)電機(jī)。由于發(fā)電機(jī)是通過(guò)額定電流與額定電壓之積定額的，這意味著當(dāng)其接入負(fù)載為電阻時(shí)，理論上發(fā)電機(jī)得到完全的利用，因?yàn)镻=U*I*cos?中的cos?=1；但是當(dāng)負(fù)載為干性或容性時(shí)，cos?<1,發(fā)電機(jī)就得不到充分利用。為了最大程度利用發(fā)電機(jī)的容量，就必須提高其功率因數(shù)。

 

    2． 對(duì)于電力系統(tǒng)中的輸電部分，輸電線上的損耗：Pl=RI*I，負(fù)載吸收的平均功率：P.=V*I*cos? ，因?yàn)镮=P./V/ cos?，所以Pl=R*P./V/cos?（V是負(fù)載端電壓的有效值）。              由以上式可以看出，在V和P都不變的情況下，提高功率因數(shù)cos?會(huì)降低輸電線上的功率損耗！

 

    在實(shí)際中，提高功率因數(shù)意味著：

 

    1) 提高用電質(zhì)量，改善設(shè)備運(yùn)行條件，可保證設(shè)備在正常條件下工作，這就有利于安全生產(chǎn)。

 

    2) 可節(jié)約電能，降低生產(chǎn)成本，減少企業(yè)的電費(fèi)開支。例如：當(dāng)cos?=0.5時(shí)的損耗是cos?=1時(shí)的4倍。

 

    3) 能提高企業(yè)用電設(shè)備的利用率，充分發(fā)揮企業(yè)的設(shè)備潛力。

 

    4) 可減少線路的功率損失，提高電網(wǎng)輸電效率。

 

    5) 因發(fā)電機(jī)的發(fā)電容量的限定，故提高cos?也就使發(fā)電機(jī)能多出有功功率。

 

    在實(shí)際用電過(guò)程中，提高負(fù)載的功率因數(shù)是最有效地提高電力資源利用率的方式。

 

    在現(xiàn)今可用資源接近匱乏的情況下，除了盡快開發(fā)新能源外，更好利用現(xiàn)有資源是我們解決燃眉之急的唯一辦法。而對(duì)于目前人類所大量使用和無(wú)比依賴的電能使用，功率因數(shù)將是重中之重。

 

    三．提高負(fù)載因數(shù)的幾種方法

 

    可分為提高自然功率因數(shù)和采用人工補(bǔ)嘗兩種方法：

 

    提高自然因數(shù)的方法：

 

    1). 恰當(dāng)選擇電動(dòng)機(jī)容量，減少電動(dòng)機(jī)無(wú)功消耗，防止“大馬拉小車”。

 

    2). 對(duì)平均負(fù)荷小于其額定容量40%左右的輕載電動(dòng)機(jī)，可將線圈改為三角形接法（或自動(dòng)轉(zhuǎn)換）。

 

    3). 避免電機(jī)或設(shè)備空載運(yùn)行。

 

    4). 合理配置變壓器，恰當(dāng)?shù)剡x擇其容量。

 

    5). 調(diào)整生產(chǎn)班次，均衡用電負(fù)荷，提高用電負(fù)荷率。

 

    6). 改善配電線路布局，避免曲折迂回等。

 

    人工補(bǔ)償法：

 

    實(shí)際中可使用電路電容器或調(diào)相機(jī)，一般多采用電力電容器補(bǔ)嘗無(wú)功，即：在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器。一下為理論解釋：

 

    在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器的方法可用電容器的無(wú)功功率來(lái)補(bǔ)償感性負(fù)載的無(wú)功功率，從而減少甚至消除感性負(fù)載于電源之間原有的能量交換。

 

    在交流電路中，純電阻電路，負(fù)載中的電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中的電流滯后于電壓90?，而純電容的電流則超前于電壓90?，電容中的電流與電感中的電流相差180?，能相互抵消。

 

    電力系統(tǒng)中的負(fù)載大部分是感性的，因此總電流將滯后電壓一個(gè)角度，如圖1所示，將并聯(lián)電容器與負(fù)載并聯(lián)，則電容器的電流將抵消一部分電感電流，從而使總電流減小，功率因數(shù)將提高。

 

    電容器無(wú)功補(bǔ)償原理圖

 

    并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方法又可分為：

 

    1．   個(gè)別補(bǔ)償。即在用電設(shè)備附近按其本身無(wú)功功率的需要量裝設(shè)電容器組，與用電設(shè)備同時(shí)投入運(yùn)行和斷開，也就是再實(shí)際中將電容器直接接在用電設(shè)備附近。

 

    適合用于低壓網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)嘗效果好，缺點(diǎn)是電容器利用率低。

 

    2．   分組補(bǔ)償。即將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所各分路出線上，它可與工廠部分負(fù)荷的變動(dòng)同時(shí)投入或切除，也就是再實(shí)際中將電容器分別安裝在各車間配電盤的母線上。

 

    優(yōu)點(diǎn)是電容器利用率較高且補(bǔ)嘗效果也較理想（比較折中）。

 

    3．   集中補(bǔ)償。即把電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側(cè)的母線 上。在實(shí)際中會(huì)將電容器接在變電所的高壓或低壓母線上，電容器組的容量按配電所的總無(wú)功負(fù)荷來(lái)選擇。

 

    優(yōu)點(diǎn):是電容器利用率高，能減少電網(wǎng)和用戶變壓器及供電線路的無(wú)功負(fù)荷。缺點(diǎn):不能減少用戶內(nèi)部配電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功負(fù)荷。

 

    實(shí)際中上述方法可同時(shí)使用。對(duì)較大容量機(jī)組進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)嘗。

 

    四． 功率因數(shù)在我們身邊所產(chǎn)生的一些有趣問(wèn)題

 

    1．    關(guān)于在網(wǎng)上經(jīng)?？吹降?ldquo;功率因數(shù)超前”問(wèn)題，一直感到困惑，我起初以為是負(fù)載的電流與電壓之間的超前關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)并不是只這個(gè)。正確的解釋是：電機(jī)并入電容,產(chǎn)生容性無(wú)功Qc,可以補(bǔ)償感性無(wú)功。當(dāng)QL=Qc時(shí)，功率因數(shù)COSΦ=W/S=1（S表示視在功率），即從電力系統(tǒng)吸收的無(wú)功功率等于0。當(dāng)Qc>QL時(shí)就是功率因數(shù)超前。

 

    這樣，在實(shí)際中，就會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：白天，用電多，QL大，電壓低，Qc一般不夠；而晚上用電少，系統(tǒng)負(fù)荷小，電壓高，用戶補(bǔ)償電容如不切掉，Qc>QL即前面所說(shuō)“功率因數(shù)超前”，無(wú)功外送，電壓就“高上加高”，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)會(huì)有損害，所以見(jiàn)到網(wǎng)上總是有人在說(shuō)“不能讓功率因數(shù)超前”。也就是說(shuō)“超前”就是“過(guò)補(bǔ)償”，也就是其實(shí)白天你要超前沒(méi)人管，系統(tǒng)正需要，而晚上這樣的話，電工就要“挨罰”了。

 

    “超前”帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題是：就某段電路來(lái)說(shuō)功率因數(shù)超前或滯后都會(huì)使有功功率相同的情況下而增加電流，從而增加了輸電線路的損耗，而功率因數(shù)超前又有一定的助磁作用而可能使變壓器輸出電壓升高，那樣說(shuō)，“超前”還是有害的。

 

    2．    由上面的“補(bǔ)償”引發(fā)的問(wèn)題，讓我了解到了《電力法》不像我過(guò)去想的那樣簡(jiǎn)單。過(guò)去以為這個(gè)法律僅僅是針對(duì)那些偷電的，其實(shí)不然，它涉及到的情況復(fù)雜的多，比如：“超前”表示過(guò)補(bǔ)償，這是在幫供電局的忙，給供電系統(tǒng)補(bǔ)償電容，然而過(guò)補(bǔ)償反而會(huì)使讓供電局處罰相關(guān)責(zé)任人，這是有法可依的。《電力法》可以說(shuō)是一門相當(dāng)專業(yè)、極為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆伞?/div>