功率因数的提高原理与应用

功率因数的提高原理与应用

【摘要】本文主要介绍了什么是功率因数和提高功率因数的实际意义，并探讨电路中提高功率因数的方法，其中主要介绍了感性负荷通过并联电容器来补偿电路原理。

【关键字】 功率因数的意义；功率损耗；电感；电压损失；电容器

【 abstract 】 this paper introduces what is the power factor and improve the power factor of practical significance in the circuit, and discusses the method of improving power factor, which mainly introduces the perceptual load through the parallel capacitor to compensate circuit principle.

【 key words 】 the meaning of power factor; Power loss; Inductance; Voltage loss; capacitor

随着社会的发展越来越快， 各种家用电器如日光灯线路，电风扇，电冰箱，洗衣机，监控，电梯等大量普及到人们的日常生活中，居民家庭用电也在提高，并且工矿，建筑企业中使用的电动机也都在增大耗电需求需求；因此供电要求的功率也在大大增加。因绝大多数的用电设备都属于感性负荷，感性负荷增加无功功率损耗，降低了功率因数，所以必须要提高功率因素

一．电路功率因数的意义和提高意义

单相正弦交流电路中所消耗的平均功率p=ＵＩcosØ，其中Ｕ为电路端口电压有效值，Ｉ为流过电路的电流有效值，Ø为Ｕ～Ｉ之间的夹角，cosØ就称为电路的功率因数。

设某感性负载的等效复阻抗为Ｚ，所以Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ＝｜Ｚ｜∠Ø，当向负载Ｚ提供电能时，线路

- 1 -

功率因数的提高原理与应用

中流过的电流Ｉ＝Ｐ／ＵcosØ。显然，Ｕ为负载端口电压有效值，Ｐ为负载消耗的功率，cosØ为负载的功率因数。因为负载要保证正常工作，所以Ｕ，Ｐ要保持定值，由此可知，当功率因数cosØ越小时，电路流过的电流Ｉ越大，这会造成：

1.增加输电线路和发电机绕组的损耗，降低输电线路的传输效率。由于输电线路和发电机绕组均有线电阻的存在，因此电流越大，损耗就越大。

2.降低发电设备容量的利用率。由于发电设备的容量设计（视在功率）是一定的，其电压和电流不允许超过额定值。因此当负载的Ｕ，Ｐ保持一定时，若电流Ｉ越大，负载需要电源提供的视在功率Ｓ＝ＵＩ也就越大，电源能向其他负载提供的视在功率也就越少，发电设备发出的能量利用率就会越低。

由此可见，如果不提高功率因数，就无法满足日常的需求，也不满足可持续低碳的发展要求，同时更大大的浪费了社会资源，所以，必须要提高线路的功率因数，这样既提高了电源设备的利用率，也减少了传输线上的损耗。

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=0.5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。

- 2 -

功率因数的提高原理与应用

5．因发电机的发电容量的限定，故提高cosØ也就使发电机能多输出有功功率。

因此，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。

二．提高功率因数的两种方法

方法总体上可分为提高自然功率因数和采用人工补尝两种方法：

其中提高自然功率因数的方法有：

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。

人工补偿法为：

在感性负载上并联电容器。

在感性负载上并联电容器的方法是通过电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少

- 3 -

功率因数的提高原理与应用

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，将适当大小的电容器与负载并联，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，功率因数将因此而提高。

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

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。

通过提高功率因数，将能大大的提高电力资源的利用率，不但节约环保可持续，还能提高社会经济效益，为人类的发展创造更好的条件。所以，提高电路的功率因数势在必行。

- 4 -

功率因数的提高原理与应用

参考文献：

【1】 丘关源.电路（第五版）.北京：高等教育出版社，2009.

【2】 吴锡龙.电路分析.北京：高等教育出版社，2004.

【3】 韦东梅.电路测量基础实验（一）.广西大学电气工程学院，2012.

- 5 -