32-功率因数的提高在线视频

大家好

本次课我们学习的内容是功率因数的提高

首先我们来看两个工厂的电费清单

第一个工厂它的实际功率因数为0.89

高于国家标准对这个工厂奖励305元

那么第二个工厂它的功率因数为0.31

低于国家标准处罚12200元左右

那么为什么要对功率因数低的工厂进行处罚呢

功率因数低了有什么样的影响呢

如何来提高功率因数呢

这就是这节课我们要学习的内容

首先我们来看什么叫功率因数

它是指在正弦交流电路中有功功率与视在功率的比值

电源所能提供的最大容量为S

它一方面为负载做功提供能量称为有功功率

另外一方面它与负载中的储能元件进行能量的交换称为无功功率

那么功率因数反映的电源的利用率它等于有功功率与视在功率的比值

那么为什么功率因数会低呢

是由于除了纯电阻电路它的功率因数为一之外

其余负载的功率因数均在0和1之间

而供电局要求用户的功率因数通常要大于0.85

否则要进行处罚

这也是为什么第二个工厂会受到处罚的原因

那么功率因素低有什么样的危害呢

第一个危害是供电设备的利用率低

那么根据P等于容量乘以功率因数

我们会发现假设我的供电设备的容量为

1000千伏安的时候

如果功率因数为0.5

只输出有功功率500千瓦

而功率因数为0.9

输出的有功功率将达到900千瓦

供电设备的利用率在这两组数据当中可以得到很好的体现

那么第二个危害是在传输功率一定的情况下会增加线路损耗

根据P等于UIcosφ我们会推导出I等于P除以Ucosφ

我们发现当P和U一定的情况下

如果cosφ小功率因数低

那么电流会增大

电流增大

那么线路损耗也会增加

那么既然功率因数低有这些危害

我们就要想办法提高功率因数

那么如何来提高功率因数呢

要保证这样的原则保证负载正常工作

也就是负载的端电压和负载的有功功率应不变

第二个不能够增加线路的有功损耗

那么如何操作呢

它的方法是在感性负载两端并联电容进行补偿

我们日常生活当中或者是工艺当中的负载大部分是感性负载

提高功率因数在感性负载两端并联电容

那么电容的无功功率就会补偿感性负载的无功功率

感性负载能量互换的一部分会发生在与电容能量互换之间

从而与电源互换的部分将会减少

那么通过并联电容进行补偿

我们通过相量图来表示一下

在并联电容之前电压是超前电流φ1角

那么如果并联电容之后

由于电容上的电压是滞后电流90度

此时的总电流为IC加上IRL

那么通过平行四边形法则我们可以得到新的总电流

那么总电压是超前总电流φ角

那么很明显φ1角是大于φ角的

因而cosφ1小于cosφ

也就意味着并联了电容之后电路的功率因数

从原来的cosφ1提高到了cosφ

那么并联多大的电容值合适

这就需要我们对并联电容值进行计算

那么对于并联电容值的计算我们需要在相量图当中来进行

要注意计算的时候

一定要根据补偿前后的有功功率和电压不变的原则

在相量图当中平行四边形法则我们看一下

闪烁的这个边实际上就是IC

而IC的大小在利用几何关系我们会看到

它等于IRLsinφ1减去Isinφ

而我根据P等于UIcosφ可以推导出IRL

当然也可以根据P等于UIcosφ

推导出并联之后的I 那么IC等于UwC

将IRL、I和IC带到表达式当中

我们就可以得到电容值C的值等于P除以wU平方(tanφ1-tanφ2)

从而将功率因数从cosφ1提高到cosφ

需要并联的电容值为C 那么提高功率因数之后

我们会发现随着并联电容值的大小不同

会有这么几种情况

那么第一种情况是我们刚才所分析的电压是超前电流φ角的

此时根据我们前面所学的知识

我们知道此时电路是呈感性的

那么cosφ是小于1

这种补偿我们称为欠补偿

那么如果我增大电容值

那么有可能电压与电流同相位

此时φ角为零

我们称电路呈阻性 功率因素将达到最大值为1

这种补偿我们称为全补偿

那么继续增大电容值我们会发现φ角将小于零

此时电路呈容性 cosφ1小于1

这种补偿我们称为过补偿

但是在通常情况下我们是难以做到全补偿

虽然说它的功率因数为1是最好的

那么至于补偿成欠补偿好还是过补偿好呢

我们一起来看一下功率因数补偿成感性好还是容性好

根据Ic等于UwC

我们会发现C的值会决定着Ic的值

那么我们观察一下

很明显

电路呈感性时的欠补偿 C值较小

而电路呈容性时的过补偿

C值较大

电容值越大

它的成本会越高

所以从经济上考虑

我们通常工作在欠补偿状态

第二个

并联电容之后电路当中哪些电量会发生变化

哪些电量会不变呢

我们首先来看哪些量是发生了变化

根据相量图

我们可以很明显发现IRL是大于I的

这也意味着并联了电容之后

电路的总电流是减小的

所以线路的总电流减小

那么很明显

φ1是大于φ

那么根据φ1大于φ

我们可以知道功率因数是增大的

最后线路的无功功率减少是根据Q等于UIsinφ

I减小sinφ减小

所以无功功率也是在减小的

那么哪些量是不变的呢

由于我们并联电容的原则是保证

感性负载两端的电压和感性负载所消耗的有功功率不变

所以对于感性负载来说它的电压是不变的

它的电流也是不变的

感性负载也不变化

那么自然它的功率因数也是不变的

它所消耗的有功功率自然也就不变

那么感性负载的功率因素不变

要注意一定要和线路的总的功率因数相区分

所以我们说提高功率因素指的是提高线路的功率因数

而不是提高某一个负载的功率因数

由于并联的电容是不消耗有功功率的

所以线路总的有功功率是不变的

那么我们前面介绍了是通过并联电容来提高功率因数

那么我们来思考一下

如果串联电容是不是也可以提高功率因数呢

也就是说我们在电路当中串联电容是否也可以用于功率因数的提高呢

通过电路图我们简单的来分析一下

串联电容虽然也可以与电感之间进行无功功率的交换

那么但是要注意串联电容之后电容会分压

从而使得感性负载两端的电压将会减小

那么感性负载可能会因为得不到所需要的额定工作电压而不能够正常工作

所以串联电容的方法是不可取的

那么请大家自行分析一下

串联电感、并联电感、串联电阻或者并联电阻

能否用于功率因数的提高呢

那么以上就是功率因数的提高的全部内容

我们下一次课再见