功率因數(shù)分析大全(功率因數(shù)的計(jì)算公式,功率因數(shù)對(duì)照表,功率因數(shù)和無功率比值分析):功率因數(shù)對(duì)照表:
功率因數(shù),是用來衡量用電設(shè)備(包括:廣義的用電設(shè)備,如:電網(wǎng)的變壓器、傳輸線路,等等)的用電效率的數(shù)據(jù)。
功率因數(shù)(Power Factor)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,說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大, 從而降低了設(shè)備的利用率,增加了線路供電損失。
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.
一、功率因數(shù)的計(jì)算公式與計(jì)算方法
功率因數(shù)的定義公式:功率因數(shù)=有功功率/視在功率。
功率因數(shù)(cosΦ=P/S)低的根本原因是電感性負(fù)載的存在。例如,生產(chǎn)中最常見的交流異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的功率因數(shù)一般為0.7--0.9,如果在輕載時(shí)其功率因數(shù)就更低。其它設(shè)備如工頻爐、電焊變壓器以及日光燈等,負(fù)載的功率因數(shù)也都是較低的。從功率三角形及其相互關(guān)系式中不難看出,在視在功率不變的情況下,功率因數(shù)越低( 角越大),有功功率就越小,同時(shí)無功功率卻越大。這種使供電設(shè)備的容量不能得到充分利用,例如容量為1000kVA的變壓器,如果cos =1,即能送出1000kW的有功功率;而在cos =0.7時(shí),則只能送出700kW的有功功率。功率因數(shù)低不但降低了供電設(shè)備的有效輸出,而且加大了供電設(shè)備及線路中的損耗,因此,必須采取并聯(lián)電容器等補(bǔ)償無功功率的措施,以提高功率因數(shù)。
功率因數(shù)既然表示了總功率中有功功率所占的比例,顯然在任何情況下功率因數(shù)都不可能大于1。由功率三角形可見,當(dāng) =0°即交流電路中電壓與電流同相位時(shí),有功功率等于視在功率。這時(shí)cos 的值最大,即cos =1,當(dāng)電路中只有純阻性負(fù)載,或電路中感抗與容抗相等時(shí),才會(huì)出現(xiàn)這種情況。
感性電路中電流的相位總是滯后于電壓,此時(shí)0°《 《90°,此時(shí)稱電路中有“滯后”的cos ;而容性電路中電流的相位總是超前于電壓,這時(shí)-90°《 《0°,稱電路中有“超前”的cos 。
功率因數(shù)的計(jì)算方式很多,主要有直接計(jì)算法和查表法。常用的計(jì)算公式為:
二、功率因數(shù)力率獎(jiǎng)懲對(duì)照表
增減比是罰款比例,正時(shí)罰,負(fù)時(shí)獎(jiǎng)。 在功率三角形中,有功功率P與視在功率S的比值,稱為功率因數(shù)cosφ,其計(jì)算公式為: cosφ=P/S=P/√(P2+Q2) P為有功功率,Q為無功功率。
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電能由電壓和電流兩者提供,即S=UI。在實(shí)際供電中,就好比兩個(gè)人進(jìn)行協(xié)作,若協(xié)作沒有偏差時(shí),電能可向外供出,當(dāng)兩個(gè)人又差別時(shí),如電流超前或電流滯后,則供電的效率將降低,差別的大小就是電壓和電流之間的相角差,反應(yīng)到效率則用相角差的余弦即功率因素表示。有功功率就是有效的能量輸出,無功功率則是無效的能量輸出(無用功)。他們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系是:
S=UI :視在功率
P=S*cosa :有功功率,a為相角差,cosa稱為功率因素
Q=S*sina :無功功率
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功率因數(shù)是指任意二端網(wǎng)絡(luò)(與外界有二個(gè)接點(diǎn)的電路)兩端電壓U與其中電流I之間的位相差的余弦 。在二端網(wǎng)絡(luò)中消耗的功率是指平均功率,也稱為有功功率,它等于 由此可以看出,電路中消耗的功率P,不僅取決于電壓V與電流I的大小,還與功率因數(shù)有關(guān)。而功率因數(shù)的大小,取決于電路中負(fù)載的性質(zhì)。對(duì)于電阻性負(fù)載,其電壓與電流的位相差為0,因此,電路的功率因數(shù)最大( );而純電感電路,電壓與電流的位相差為π/2,并且是電壓超前電流;在純電容電路中,電壓與電流的位相差則為-(π/2),即電流超前電壓。在后兩種電路中,功率因數(shù)都為0。對(duì)于一般性負(fù)載的電路,功率因數(shù)就介于0與1之間。
一般來說,在二端網(wǎng)絡(luò)中,提高用電器的功率因數(shù)有兩方面的意義,一是可以減小輸電線路上的功率損失;二是可以充分發(fā)揮電力設(shè)備(如發(fā)電機(jī)、變壓器等)的潛力。因?yàn)橛秒娖骺偸窃谝欢妷篣和一定有功功率P的條件下工作,由公式: 可知,功率因數(shù)過低,就要用較大的電流來保障用電器正常工作,與此同時(shí)輸電線路上輸電電流增大,從而導(dǎo)致線路上焦耳熱損耗增大。另外,在輸電線路的電阻上及電源的內(nèi)組上的電壓降,都與用電器中的電流成正比,增大電流必然增大在輸電線路和電源內(nèi)部的電壓損失。因此,提高用電器的功率因數(shù),可以減小輸電電流,進(jìn)而減小了輸電線路上的功率損失。
功率因數(shù)表示一個(gè)負(fù)荷所需要的有功功率和視在功率的比值。即COS¢=P/S
平常我們說的系統(tǒng)的功率因數(shù)是整個(gè)電力系統(tǒng)有功功率和視在功率的比值,電路的功率因數(shù)、線路的功率因數(shù)、電機(jī)的功率因數(shù)等也相同。
在交流電路中,功率因數(shù)定義為有功功率與視在功率的比值,即 COS∮=P/S,在正弦電路中,功率因數(shù)由電壓與電流之間的相位差(∮)角決定,用COS∮表示,在數(shù)值上等于有功功率和視在功率之比,或電阻與阻抗之比。 在此情況下,單相正弦電路中,功率因數(shù)有明確的物理意義,它就是電壓和電流之間的相角差的余弦值。
在三相對(duì)稱正弦電路中,各相的視在功率、功率因數(shù)均相同,三相對(duì)稱正弦電路的總視在功率等于各相視在功率之和,三相對(duì)稱電路的功率因數(shù)等于單相功率因數(shù),因此三相對(duì)稱電路的總視在功率、功率因數(shù)也都有明確的物理意義,三相總視在功率等于各相電壓電流有效值的乘積之和,三相功率因數(shù)就是等于單相功率因數(shù)。
功率因數(shù)較低的負(fù)荷工作時(shí)需要較多的無功功率。譬如電燈、電爐的功率因數(shù)COS¢=1,說明它們吸消耗有功功率,異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)比較低,一般在0.7—0.85左右,說明它們需要一定數(shù)量的無功功率。電動(dòng)機(jī)輸出功率很低時(shí),所消耗的有功功率減少,但是所需要的無功功率基本不變,所以無功功率所占比例增大,電動(dòng)機(jī)的COS¢就更低,甚至低于0.5。
因此,對(duì)于發(fā)電廠來說,就必須在輸出有功功率的同時(shí),也輸出無功功率,在輸出的總功率中,有功功率和無功功率各占多少,不是決定于發(fā)電機(jī),而是取決于負(fù)荷的需要,即取決于負(fù)荷的功率因數(shù)。如果功率因數(shù)過低,就表示在輸出功率中,無功功率的比例很大,這對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行是很不利的。
功率因數(shù)過低,電源設(shè)備的容量就不能充分利用。我們知道,電動(dòng)機(jī)和變壓器在運(yùn)行時(shí)不能超過額定電壓和額定電流,在相同的變壓器端電壓和輸出電流的情況下,負(fù)荷的功率因數(shù)越低,變壓器能輸出的有功功率就越少,電動(dòng)機(jī)也一樣。
負(fù)荷的功率因數(shù)越低,在保證變壓器的輸出電流不超過額定電流時(shí),能夠輸出的有功功率就越少。也就是說,有相當(dāng)大的一部分功率在電源和負(fù)載之間送過來又送回去,變壓器必須供給負(fù)荷所需要的這一部分功率,但是又不能做有用功。也就是變壓器不能充分利用。
功率因數(shù)過低,在線路上將引起較大的電壓降落的功率損失。在線路上輸送的有功功率一定時(shí),功率因數(shù)越低,說明線路上的無功功率越大,因而通過線路的電流越大。由于線路具有一定的阻抗,能量在線路上送過來又送回去,當(dāng)然會(huì)造成損失,電流越大,線路的壓降和功率損失就越大。線路的電壓降落增大,會(huì)使負(fù)載的電壓降低,而影響負(fù)載的正常工作。例如電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)降低,。線路功率損失增加,就會(huì)造成電能的浪費(fèi)。
因此要提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù),并且改善電網(wǎng)供電質(zhì)量。
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評(píng)論
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