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有功、無功和視在功率的關系 由于感性、容性或非線性負荷的存在，導致系統(tǒng)存在無功功率，從而導致有功功率不等于視在功率，三者之間關系如下： S^2=P^2+Q^2；S為視在功率，P為有功功率，Q為無功功率。三者的單位分別為VA（或kVA），W（或kW），Var（或kVar）。 簡單來講，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值為零的話，KVA就會與KW相等，那么供電局發(fā)出來的1KVA的電就等于用戶1KW的消耗，此時成本效益最高，所以功率因數(shù)是供電局非常在意的一個系數(shù)。用戶如果沒有達到理想的功率因數(shù)，相對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)是一個法規(guī)的限制。目前就國內(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時需要接受處罰。 好處 供電部門為了提高成本效益要求用戶提高功率因數(shù)，那提高功率因數(shù)對用戶端有什么好處呢？ ① 通過改善功率因數(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、電器設備、導線等的容量，因此不但減少了投資費用，而且降低了本身電能的損耗。 ② 良好的功因數(shù)值的確保，從而減少供電系統(tǒng)中的電壓損失，可以使負載電壓更穩(wěn)定，改善電能的質量。 ③ 可以增加系統(tǒng)的裕度，挖掘出了發(fā)供電設備的潛力。如果系統(tǒng)的功率因數(shù)低，那么在既有設備容量不變的情況下，裝設電容器后，可以提高功率因數(shù)，增加負載的容量。 舉例而言，將1000KVA變壓器之功率因數(shù)從0.8提高到0.98時： 補償前：1000×0.8=800KW 補償后：1000×0.98=980KW 同樣一臺1000KVA的變壓器，功率因數(shù)改變后，它就可以多承擔180KW的負載。 ④ 減少了用戶的電費支出；透過上述各元件損失的減少及功率因數(shù)提高的電費優(yōu)惠。 此外，有些電力電子設備如整流器、變頻器、開關電源等；可飽和設備如變壓器、電動機、發(fā)電機等；電弧設備及電光源設備如電弧爐、日光燈等，這些設備均是主要的諧波源，運行時將產(chǎn)生大量的諧波。諧波對發(fā)動機、變壓器、電動機、電容器等所有連接于電網(wǎng)的電器設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，使得設備過載過熱以及諧波過電壓加速設備的絕緣老化等。 并聯(lián)到線路上進行無功補償?shù)碾娙萜鲗χC波會有放大作用，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴重。另外，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會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，引起局部過熱、振動、噪音增大、繞組附加發(fā)熱等。 諧波污染也會增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對通訊質量有影響。當電流諧波分量較高時，可能會引起繼電保護的過電壓保護、過電流保護的誤動作。 因此，如果系統(tǒng)量測出諧波含量過高時，除了電容器端需要串聯(lián)適宜的調諧（detuned）電抗外，并需針對負載特性專案研討加裝諧波改善裝置。 改善電能 為什么說提高用戶的功率因數(shù)可以改善電壓質量？ 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功功率變化而變化的。當線路輸送一定數(shù)量的有功功率時，如輸送的無功功率越多，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－－線路輸送的無功功率，kVAR R—線路電阻，歐姆 X－－線路電抗，歐姆 由上式可見，當用戶功率因數(shù)提高以后，它向電力系統(tǒng)吸取的無功功率就要減少，因此電壓損失也要減少，從而改善了用戶的電壓質量。 在直流電路里，電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）將小于視在功率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數(shù)，以COSΦ表示，其實最簡單的測量方式就是測量電壓與電流之間的相位差，得出的結果就是功率因數(shù)。 如何提高 （1）提高自然功率因數(shù)。自然功率因數(shù)是在沒有任何補償情況下，用電設備的功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)的方法：合理選擇異步電機；避免變壓器空載運行；合理安排和調整工藝流程，改善機電設備的運行狀況；在生產(chǎn)工藝允許條件下，采用同步電動機代替異步電動機。 （2）采用人工補償無功功率。裝用無功功率補償設備進行人工補償，電力用戶常用的無功功率補償設備是電力電容器。 提高功率因數(shù)的方法 提高功率因數(shù)的途徑主要在于如何減少電力系統(tǒng)中各個部分所需的無功功率,特別是減少負荷取用的 無功功率,使電力系統(tǒng)在輸送一定的有功功率時,可降低其中通過的無功電流 提高功率因數(shù)的方法很多,但總的來說可以歸結為兩大類: 提高自然功率因數(shù)的方法 采用降低各用電設備所需的無功功率以改善其功率因數(shù)的措施,稱為提高自然功率因數(shù)的方法 主要有: 1、正確選用異步電動機的型號與容量。據(jù)有關資料介紹,我國中小型異步電動機的用電負荷約占電網(wǎng)總負荷的80 %以上,幾個主要電網(wǎng)中,電動機所耗能占整個工業(yè)用電量的60 %～ 68 %左右1 因此做好電動機的降損節(jié)能具有十分重要的經(jīng)濟意義 正確選用異步電動機,使其額定容量與所帶負載相配合,對于改善功率因數(shù)是十分重要的 在選型方面,要注意選用節(jié)能型,淘汰高能耗的電動機,并依據(jù)電機機械工作對啟動力矩、啟動次數(shù)、調速等方面的具體要求,選用不同的型號。 電動機的效率η與功率因數(shù)cosφ是反映電動機經(jīng)濟運行水平的主要指標,都與負載率β有密切關系1 GB/ T 12497 - 90 對三相異步電機三個運行區(qū)域規(guī)定如下: 當負載率β在70 %～ 100 %之間時,為經(jīng)濟運行區(qū); 當40 % ≤β ≤70 %時,為一般運行區(qū); 當β < 40 % 時,為非經(jīng)濟運行區(qū); 2、根據(jù)負荷選用相匹配的變壓器。電力變壓器一次側功率因數(shù)不但與負荷的功率因數(shù)有關,而且與負荷率有關若變壓器滿載運行,一次側功率因數(shù)僅比二次側降低約3 ～ 5 %;若變壓器輕載運行,當負荷小于0. 6 時,一次側功率因數(shù)就顯著下降,下降達11 ～ 18 %,所以電力變壓器的負荷率在0. 6 以上運行時才較經(jīng)濟,一般應在60 %～ 70 %比較合適為了充分利用設備和提高功率因數(shù),電力變壓器一般不宜作輕載運行。當電力變壓器負荷率小于30 %時,應當更換成容量較小的變壓器 3、合理安排和調整工藝流程。合理安排和調整工藝流程, 改善電機設備的運行狀態(tài), 限制電焊機和機床電動機的空載運行1 例如可采用空載自動延時斷電裝置流程等 4、異步電動機同步化運行。對于負荷率不大于0. 7 及最大負荷不大于90 % 額定功率的繞線式異步電動機,必要時可使其同步化,即當繞線式異步電動機在起動完畢以后,向轉子三相繞組中送入直流勵磁,即產(chǎn)生轉矩把異步電動機牽入同步運行,其運轉狀態(tài)與同步電動機相似在過勵磁的情況下,電動機可向電網(wǎng)送出無功功率,從而達到改善功率因數(shù)的目的。 提高功率因數(shù)的補償方法 采用供應無功功率的設備來補償用電設備所需的無功功率,以提高其功率因數(shù)的措施,稱為提高功率因數(shù)的補償方法。采用補償法來提高功率因數(shù),必須增加新設備、增加有色與黑色金屬的需用量。 此外,補償設備本身也有功率損失,所以從整體來看,應首先采用提高用電設備自然功率因數(shù)的方法。 但當功率因數(shù)還達不到《電力設計技術規(guī)范》所要求的數(shù)值時,則需采用專門的補償設備來提高功率因數(shù)。應用人工補償無功功率的方法通常有應用移相電容器(即靜電電容器) 、采用同步電動機和采用同步調相機三種方法。 同步電動機在過勵磁方式運行(0. 8 ～ 0. 9 超前) 時,就向電力系統(tǒng)輸送無功功率,提高了工業(yè)企業(yè)的功率因數(shù) 一般在滿足工藝條件下,采用或不采用同步電動機來提高企業(yè)的功率因數(shù),應進行技術經(jīng)濟比較。通常對低速、恒速且長期連續(xù)工作的容量較大的電動機,宜采用同步電動機組,如軋鋼的電動機組、球磨機、空壓機、鼓風機、水泵等設備 這些設備采用同步電動機為原動機時,其容量一般在250 KW 以上,環(huán)境與啟動條件均能滿足同步電動機的要求,而且停歇時間較少,因此對改善功率因數(shù)能起很大作用 但是同步電動機結構復雜,并且附有一套啟動控制設備,維護工作量大,價格較異步電動機貴,而且目前高壓移相電容器價格普遍降低,這就相應地提高了“異步電動機加移相電容器的補償方案”的優(yōu)越性 移相電容器由于具有功率損耗小、運行維修很方便、短路電流小等優(yōu)點而在工業(yè)企業(yè)中被廣泛用作人工補償裝置。 綜上所述,提高功率因數(shù)必然對國家的能源利用、企業(yè)的經(jīng)濟效益起到促進作用, 是保證電力系統(tǒng)電能質量、電壓質量、降低網(wǎng)絡損耗以及安全運行所不可缺少的條件 應根據(jù)不同情況采取相應措施來提高功率因數(shù),降低無功損耗,從而提高經(jīng)濟效益。 功率因素 1、柴油發(fā)電機振蕩失步的特征 1）定子電流超出正常值，電流表指針將激烈地撞擋。 2）定子電壓表的指針將快速擺動。 3）有功功率表指針在表盤整個刻度盤上擺動。 4）轉子電流表指針在正常值附近快速擺動。 5）發(fā)電機發(fā)出鳴叫聲，且叫聲的變化與儀表指針的擺動頻率相對應。 6）其他并列運行的發(fā)電機的儀表也有相應的擺動 2、發(fā)電機振蕩失步的時處理方法 發(fā)電機振蕩失去同步時應注意以下幾條： 1）要通過增加勵磁電流來產(chǎn)生恢復同步的條件； 2）要適當?shù)卣{整該機的負荷，以幫助恢復同步； 3）當整個電廠與系統(tǒng)失去同步時，該電廠的所有發(fā)電機都將發(fā)生振蕩，除設法增加每臺發(fā)電機的勵磁電流外，在無法恢復同步的 情況下，為使發(fā)電機免遭持續(xù)電流的損害，應按規(guī)程規(guī)定，在2分鐘后將電廠與系統(tǒng)解列。 重要性 作為LED燈具的功率因數(shù)?功率因數(shù)是LED燈具的一個重要參數(shù)，了解什么是功率因數(shù)有利于我們進一步了解LED燈具。 功率因數(shù) 功率因子表征著燈具輸出有功功率的能力。功率是能量的傳輸率的度量，在直流電路中它是電壓V和電流A和乘積。在交流系統(tǒng)里則要復雜些：即有部分交流電流在負載里循環(huán)不傳輸電能，它稱為電抗電流或諧波電流，它使視在功率( 電壓Volt乘電流Amps)大于實際功率。視在功率和實際功率的不等引出了功率因素，功率因素等于實際功率與視在功率的比值。所以交流系統(tǒng)里實際功率等于視在功率乘以功率因素。 即：功率因素=實際功率/視在功率。只有電加熱器和燈泡等線性負載的功率因素為1，許多設備的實際功率與視在功率的差值很小，可以忽略不計，而像容性設備如燈具的這種差值則很大、很重要。美國PC Magazine 雜志的一項研究表明燈具的典型功率因素為0.65，即視在功率(VA)比實際功率(Watts)大50%! 視在功率 視在功率：即交流電壓和交流電流的乘積。用公式表示為：S=UI。式中，S是額定輸出功率，單位是VA(伏安);U是額定輸出電壓，單位是V， 如220V、380V等;I是額定輸出電流，單位是A。視在功率包括兩部分：有功功率(P)和無功功率(Q)。有功功率是指直接做功的部分。比如使燈發(fā)亮、使電機轉動、使電子電路工作等。因為這個功率做功后都變成了熱量，可以直接被人們感覺到，所以有些人就產(chǎn)生一個錯覺，即把有功功率當成了視在功率，孰不知有功功率只是視在功率的一部分，用式表示：P=Scosθ=UIcosθ=UIF。式中，P是有功功率，單位是W(瓦);F=cosθ被稱為功率因子，而θ是在非線性負載時電壓電流不同相時的相位差。無功功率是儲藏在電路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=Ssinθ=UIsinθ。式中，Q為無功功率，單位是var(乏)。 無功功率 對于燈具和其它一切靠直流電壓工作的電子電路，離開無功功率是根本無法工作的。一般用戶都認為燈具之類的設備只需要有功功率，而不需要無功功率。既然無功功率不做功，要它何用!于是他們當然就認為功率因子為1的燈具最好。因為它能給出最大輸出功率。然而，實際情況并非如此。
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