提高功率因数的意义和方法

一、提高功率因数的意义

1.充分利用供电设备的容量，使同样的供电设备为更多的用电器供电

每个供电设备都有额定的容量，即视在功率SUI。供电设备输出的总功率S中，一部分为有功功率

PScos，另一部分为无功功率QSsin。cos越小，电路中的有功功率PScos就越小，提

高cos的值，可使同等容量的供电设备向用户提供更多的功率。因此，提高供电设备的能量的利用率。

例(补1) 一台发电机的额定电压为220V，输出的总功率为4400kV·A。试求：（1）该发电机能带动多少个220V，，cos=的用电器正常工作（2）该发电机能带动多少个220V，，cos =的用电器正常工作

解：(1)每台用电器占用电源的功率:S1台PN1台4.48.8(kVA) cos0.5SN电源4400103该发电机能带动的电器个数:n500(台)

S1台8.8103P4.4(2)每台用电器占用电源的功率:S1台N1台5.5(kVA)

cos0.8该发电机能带动的电器个数:nSN电源4400103800(台) 3S1台5.510 可见，功率因数从提高到，发电机正常供电的用电器的个数即从500个提高到800个，使同样的供

电设备为更多的用电器供电，大大提高供电设备的能量利用率。

2.减少供电线路上的电压降和能量损耗

我们知道，PIUcos，IP/(Ucos)，故用电器的功率因数越低，则用电器从电源吸取的电流就越大，输电线路上的电压降和功率损耗就越大；用电器的功率因数越高，则用电器从电源吸取的电流就越小，输电线路上的电压降和功率损耗就越小。故提高功率因数，能减少供电线路上的电压降能量损耗。

例(补2) 一台发电机以400V的电压输给负载6kW的电力，如果输电线总电阻为1，试计算： (1).负载的功率因数从提高到时，输电线上的电压降可减小多少 (2).负载的功率因数从提高到时，输电线上一天可少损失多少电能

P610330(A) 解：(1)cos=时，输电线上的电流I1Ucos4000.5输电线上的电压降U1I1R30130(V)

P610320(A) cos=时，输电线上的电流I2Ucos4000.75 输电线上电压降减小的数值：UU1U2302010(V)

(2) cos=时输电线上的电能损耗:W1损I12R3021900(W)

22 cos=时输电线上的电能损耗:W2损I2R201400(W)

输电线上一天可少损失的电能W(900400)2412000(Wh)12(度)

二、提高功率因数的方法

1．合理选用电器设备及其运行方式

a. 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； b. 调整负荷，提高设备的利用率，减少空载、轻载运行的设备；

c. 对负载有变化且经常处于轻载运行状态的电动机，采用—Y自动切换方式运行。 2．在感性负载上并联电容器提高功率因数

感性负载电路中的电流落后于电压，并联电容器后可产生超前电压

I UI1CRLIL90的电容支路电流，抵减落后于电压的电流，使电路的总电流减小，从

而减小阻抗角，提高功率因数。用串联电容器的方法也可提高电路的功 率因数，但串联电容器使电路的总阻抗减小，总电流增大，从而加重电 源的负担，因而不用串联电容器的方法来提高电路的功率因数。

设负载的端电压为U，电压频率为f，电源供给负载的功率为P，功率因数为cos1，要将负载的功率因数从cos1提高到cos2，问需在负载两端并联多大的电容

解：设并联电容量为C的电容器电路的功率因数从cos1提高到cos2，则：

PPsin1sin2Ucos1Ucos2PPP tan1tan2 (tan1tan2)UUU U 2fCUXCP∴C(tan1tan2)2fU2II∵ICI1sin1I2sin21LCIC I1R12U式中 P—电源供给负载的有功功率,W；

U—负载的端电压,V；

1—并联电容前电路的阻抗角； 2—并联电容后电路的阻抗角； f—电源频率，Hz； C—并联电容器的电容量。

I2 I1LI1图4.7.1 感性负载并联电容器相量图 例4.7.1 有一感性负载，接于380V，50Hz的电源上，负载的功率P20kW，因数功率cos0.6，若将此负载的功率因数提高到。求并联电容器的电容量和并联电容器前后电路中的电流。

解 C

PP(tantan)(tanarccos0.6tanarccos0.9)12222fU2fU2010320103(tan53.13tan25.84)(1.3330.484) 2223.145038023.1450380374106(F)374(F)并联电容前、后电路的电流分别为：

P20103P20103I187.7(A)， I258.5(A)

Ucos13800.6Ucos13800.9例4.7.2 某单位原来用电功率为70kW，用电设备的功率因数为0.7，由一台容量S100kVA，额定电压U220V的三相变压器配电。现用电功率增至90kW，问：

(1).如果电路的功率因数不变，则须换用多大容量的变压器

(2).能否在变压器低压侧并联电容使原变压器满足现在的配电要求，如可以，则需用多大电容 解 (1).如果电路的功率因数不变，则须换用的变压器的容量为:

P90 S129(kVA) cos0.7(2).如在变压器低压侧并联电容使原变压器满足现在的配电要求，则电路的功率因数需提高为:

cosP900.9 S100 这是可以做到的，因此可用在变压器低压侧并联电容的方法使原变压器满足现在的配电要求。

所需的电容器的总容量为：

C

PP(tantan)(tanarccos0.7tanarccos0.9)122fU22fU27010370103(tan45.57tan25.84)(1.0200.484) 23.1450220223.145022022467106(F)1. 提高功率因数的意义

（1）充分利用供电设备的容量，使同样的供电设备为更多的用电器供电 （1）减少供电线路上的电压降和能量损耗 2. 提高功率因数的方法

（1）合理选用电器设备及其运行方式

a. 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； b. 调整负荷，提高设备的利用率，减少空载、轻载运行的设备；

c. 对负载有变化且经常处于轻载运行状态的电动机，采用—Y自动切换方式运行。

一。 提高功率因数的实际意义

1． 对于电力系统中的供电部分，提供电能的发电机是按要求的额定电压和额定电流设计的，发电机长期运行中，电压和电流都不能超过额定值，否则会缩短其使用寿命，甚至损坏发电机。由于发电机是通过额定电流与额定电压之积定额的，这意味着当其接入负载为电阻时，理论上发电机得到完全的利用，因为P=U*I*cosØ中的cosØ=1；但是当负载为干性或容性时，cosØ<1,发电机就得不到充分利用。为了最大程度利用发电机的容量，就必须提高其功率因数。

2． 对于电力系统中的输电部分，输电线上的损耗：Pl=RI*I，负载吸收的平均功率：

P.=V*I*cosØ ，因为I=P./V/ cosØ，所以Pl=R*P./V/cosØ（V是负载端电压的有效值）。 由以上式可以看出，在V和P都不变的情况下，提高功率因数cosØ会降低输电线上的功率损耗！

在实际中，提高功率因数意味着：

1) 提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这就有利于安全生产。

2) 可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。例如：当cosØ=时的损耗是cosØ=1时的4倍。

3) 能提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力。

4) 可减少线路的功率损失，提高电网输电效率。

5) 因发电机的发电容量的限定，故提高cosØ也就使发电机能多出有功功率。

在实际用电过程中，提高负载的功率因数是最有效地提高电力资源利用率的方式。

在现今可用资源接近匮乏的情况下，除了尽快开发新能源外，更好利用现有资源是我们解决燃眉之急的唯一办法。而对于目前人类所大量使用和无比依赖的电能使用，功率因数将是重中之重。

二．提高功率因数的几种方法

可分为提高自然功率因数和采用人工补尝两种方法：

提高自然因数的方法：

1). 恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。

2). 对平均负荷小于其额定容量40%左右的轻载电动机，可将线圈改为三角形接法（或自动转换）。

3). 避免电机或设备空载运行。

4). 合理配置变压器，恰当地选择其容量。

5). 调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。

6). 改善配电线路布局，避免曲折迂回等。

人工补偿法：

实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用电力电容器补尝无功，即：在感性负载上并联电容器。一下为理论解释：

在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。

在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90º，而纯电容的电流则超前于电压90º，电容中的电流与电感中的电流相差180º，能相互抵消。

电力系统中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度，如图1所示，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。

并联电容器的补偿方法又可分为：

1． 个别补偿。即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。

适合用于低压网络，优点是补尝效果好，缺点是电容器利用率低。

2． 分组补偿。即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。

优点是电容器利用率较高且补尝效果也较理想（比较折中）。

3． 集中补偿。即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线 上。在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量按配电所的总无功负荷来选择。

优点:是电容器利用率高，能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。缺点:不能减少用户内部配电网络的无功负荷。

实际中上述方法可同时使用。对较大容量机组进行就地无功补尝。