当前课程知识点:电路基础及应用 > 第6章 正弦稳态电路 > 6.12 功率因数的提高 > 功率因数的提高
大家好这一讲
我们学习功率因数的提高
前面呢
我们已经学习了正弦稳态电路的功率的计算
我们知道
对于正弦稳态电路来讲
它的有功功率P是等于UIcosφ的
其中的cosφ
我们就称为是功率因数
功率因数角实际上是电压与电流的相位差角
对于无源网络来说
也就是等效阻抗的阻抗角
对于纯电阻电路
那么它的功率因数呢
是等于1的
纯电感和纯电容电路
它们的功率因数呢
都是等于零
对于电感性负载
我们知道它的阻抗角是0°到90°之间的一个角
比如60°
那么它所对应的功率因数cos60°等于0.5
对于电容性负载
它的阻抗角是-90°到0°之间的一个角
你比如-60°
那么它所对应的功率因数cos(-60°)
也是0.5
因此
为了进行区分
我们通常将电感性负载说成是
功率因数滞后
滞后就是指的它的电流滞后于电压
对于电容性负载
我们说成是功率因数超前
超前是指它的电流超前于电压
好 然后我们从功率三角形来看
cosφ很显然是等于P÷S的
也就是说功率因数实际上是指的
有功功率占视在功率的比例
有人曾打过这样一个比方
啤酒杯的容积是一定的
我们可以把它看成是视在功率
我们在倒啤酒的时候用力过猛就会产生泡沫
那么产生的泡沫
我们把它看成是无功功率
杯里的啤酒呢
就看成是有功功率
很显然
我们希望杯底的啤酒所占的比例呢
要尽可能得大
因此
功率因数实际上是衡量电气设备效率高低的一个系数
它是电力系统的一个重要的技术指标
供电部门呢
对用电部门的功率因数也有一定的标准要求
按照我国供用电规则
高压供电的工业企业的平均功率因数呢
不得低于0.95
其它单位不得低于0.9
如果功率因数达不到规定的用户
电业部门呢 将会对其加收一部分电费
也就是力率电费进行罚款
我国早在1983年的时候就制定了
功率因数调整电费办法
办法中指出
用户用电功率因数的高低对发、供、用电设备的充分利用
节约电能和改善电压质量有着重要的影响
也就是说
提高功率因数的意义
我们可以从这三个方面进行说明
第一点就是可以充分利用设备的容量
那么刚才我们所打的比方啤酒占啤酒杯的比例
根据这个例子
我们就很容易理解
第二
可以减少线路的损耗
比如对于图示的这条线路
当输送的有功功率以及电压一定的时候
根据公式
如果cosφ的值越大
相应的电流I的值呢就越小
因为线路有阻抗
因此线路上的损耗
ΔP也就越小
从而呢就可以节约电能
第三点的就是可以减少电压的损失
同样的当cosφ的值大的时候
线路上的电流呢就小
那么
对于母线1和母线2
两个地方的电压的损失ΔU
也就是U减去U2的值 两者的差值呢
也就小
从而呢可以改善电压的质量
但是实际上呢
我们一般用户的功率因数
你比如交流异步电动机
在空载的时候
它的功率因数呢
只有0.2到0.3左右
满载的时候可以达到0.7到0.85左右
对于日光灯它的功率因数
一般是0.45到0.6左右
功率因数呢
都不是很高
也就是说
造成公民所不高的根本原因
是由于有大量的电感性负载的存在
因此
为了提高功率因数
我们常用的方法第一个方法呢
当然
首先是提高用电设备本身的功率因数
你比如在使用电动机或者是电力变压器的场所
我们就要恰当的选择它们的容量
尽量的呢
减少它们轻载运行的情况
那么第二个方法呢
就是对于电感性负载来说
通过并联电容器的办法来提高功率因数
那么
为什么给电感性负载并联电容器就可以提高功率因数呢
我们下面呢
进行一个简要的分析
对于图示的电感性负载
我们首先画出它电压电流的相量图
假设此时电压和电流的相位差角为φ1
那么相应的它的功率因数呢
就是cosφ1
好 我们给它并联电容器
注意并联电容器之后电感性负载的电压并没有变
改变的呢
是
总的电流因为电容支路电流的引入电容这条支路
它的电流是超前于电压90°的
那么根据相量图
我们就可以画出总电流I的向量
很显然
此时总电流I的大小是小于原来的电流I1的大小的
而且此时电压和电流的相位差角为φ2
而且
φ2是小于φ1的
因此相对应的功率因数
也就是cosφ2就大于cosφ1
也就是说
我们通过并联电容之后就可以达到提高功率因数的这样一个目的
那么并联电容
它所提供的无功功率到底是多少呢
我们可以通过功率三角形来进行计算
这是在并联电容器之前的功率三角形
那么
我们并联电容器之后注意并没有改变整个电路的有功功率
改变的只是无功功率
因为前面我们曾经说过电感和电容的无功是有一个互补的作用的
因此并联电容器之后总的无功功率就小于原来的无功功率QL
那么
电容器的无功功率的大小就等于QL减去Q
也就等于P(tanφ1-tanφ2)
那么我们就可以通过这样一个公式来计算并联电容器的无功功率的大小
我们把电容所起的这样一个作用呢
通常称为是无功补偿的作用
我们看一个实例
比如某煤矿企业
假设它原来的功率因数呢
是0.75
如果我们要将功率因数提高到0.95
那么我们来确定一下需要装设的电容器的补偿容量是多少
根据已知条件
我们首先计算出有功功率P
因为P是等于S乘以cosφ1的
然后再根据Qc的大小呢
是等于P(tanφ1-tanφ2)
通过计算
我们就得到
Qc的大小是等于1307kvar
也就是说
我们通过补偿1307kvar的无功功率就可以呢
将它的功率因数由原来的0.75提高到0.95
这是一个从发电厂到用户的交流输电过程的一个示意图
实际上
电网在进行无功补偿的时候的原则是分层分区、就地平衡
而且呢
是集中补偿与分散补偿相结合
电网补偿与用户补偿相结合
高压补偿与低压补偿相结合
以满足电网安全经济运行的需要
关于功率因数的提高
我们这里呢
还说明两点 第一点就是
并联电容器之后
其实电感性负载
它本身的工作状态并没有改变
也就是说
电感性负载的电压
电流、有功、无功都没有变
那么我们整个电路的功率因数提高了呢
是因为整个电路总的无功功率减少了
而且呢
整个电路总的电流呢
也减小了
第二点就是对于并联电容C值的确定
因为前面我们只确定电容C所提供的无功功率的大小
那么对于C到底是多少
我们怎么求呢
我们可以根据这两个公式推导出电容C的计算公式
而且前面我们在进行补偿的时候
整个电路仍然呢
还是呈电感性的
我们把这种补偿状态称为是欠补偿的状态
实际上我们还可以呢
让整个电路最后呈电阻性
也就是cosφ等于1
那么我们把这种状态就称为是全补偿状态
甚至我们还可以让整个电路最后呈现出电容性
我们把这种状态就称为试过补偿的状态
但是在电网中我们没有实现过补偿
这一讲呢
我们主要给大家介绍了功率因数的提高
谢谢大家
-1.1电路及其组成
--电路及其组成
--电路及其组成
-1.2集总电路和电路模型
-1.3.1 电路变量-电流和电压
-1.3.2 电路变量-电功率和电能
-1.4.1电路元件的概念
--电路元件的概念
--电路元件的概念
-1.4.2电阻元件
--电阻元件
--电阻元件
-1.4.3独立电压源
--独立电压源
--独立电压源
-1.4.4独立电流源
--独立电流源
--独立电流源
-1.4.5受控源
--受控源
--受控源
-1.5.1基尔霍夫电流定律
--基尔霍夫电流定律
--基尔霍夫电流定律
-1.5.2基尔霍夫电压定律
--基尔霍夫电压定律
--基尔霍夫电压定律
-第1章 电路模型和电路定律--第1章习题
-2.1电阻的串联和并联等效变换
-2.2平衡电桥
--平衡电桥
--平衡电桥
-2.3电阻的Y形连接和△形连接等效变换
-2.4理想电压源、电流源的串联和并联
-2.5两种实际电源的等效变换
-2.6输入电阻
--输入电阻
--输入电阻
-第2章 电阻电路的等效变换--第2章习题
-3.1 电路分析方法
--电路分析方法
--电路分析方法
-3.2.1结点电压法
--结点电压法
--结点电压法
-3.2.2含受控源的结点法
--含受控源的结点法
--含受控源的结点法
-3.2.3含电流源与串联电阻的结点法
-3.2.4含电压源的结点法
--含电压源的结点法
--含电压源的结点法
-3.3.1回路电流法
--回路电流法
--回路电流法
-3.3.2 含电流源的回路法
--含电流源的回路法
--含电流源的回路法
-3.4 结点法和回路法的比较
-3.5 含三极管的直流电路分析
-3.6 含理想运放的直流电路分析
-3.7 卡西欧计算器在稳恒直流电路中的应用
-第3章 电阻电路的一般分析--第3章习题
-4.1叠加定理
--叠加定理
--叠加定理
-4.2替代定理
--替代定理
--替代定理
-4.3戴维南定理和诺顿定理
-4.4最大功率传输定理
--最大功率传输定理
--最大功率传输定理
-第4章 电路定理--第4章习题
-5.1 电容元件
--电容元件
--电容元件
-5.2 电感元件
--电感元件
--电感元件
-5.3 动态电路及其阶数
--动态电路及其阶数
--动态电路及其阶数
-5.4 动态电路的换路定律
-5.5 动态电路的初始条件
-5.6.1 RC电路的零输入响应
-- RC电路的零输入响应
-- RC电路的零输入响应
-5.6.2 RL电路的零输入响应
-5.6.3 一阶电路零输入响应的工程应用实例
-5.7 一阶电路的零状态响应
-5.8 一阶电路的全响应
--一阶电路的全响应
--一阶电路的全响应
-5.9 一阶电路响应的分解
-5.10 一阶电路的工程应用举例: RC微积分电路
-第5章 动态电路时域分析--第5章习题
-6.1正弦量的基本概念
--正弦量的基本概念
--正弦量的基本概念
-6.2 有效值
--有效值
--有效值
-6.3 复数及其运算
--复数及其运算
--复数及其运算
-6.4 正弦量的相量表示法
-6.5 相量法基础
--相量法基础
--相量法基础
-6.6 电路定律的相量形式
-6.7 阻抗和导纳
--阻抗和导纳
--阻抗和导纳
-6.8 电路的相量图
--电路的相量图
--电路的相量图
-6.9 正弦稳态电路相量分析法
-6.10 正弦稳态电路的功率
-6.11 复功率
--复功率
--复功率
-6.12 功率因数的提高
--功率因数的提高
--功率因数的提高
-6.13 正弦稳态电路最大功率传输
-6.14 串联谐振
--串联谐振
--串联谐振
-6.15 串联谐振的应用
--串联谐振的应用
--串联谐振的应用
-6.16 并联谐振
--并联谐振
--并联谐振
-6.17 卡西欧计算器在正弦稳态电路中的应用
-第6章 正弦稳态电路--第6章习题
-7.1 自感与互感
--自感与互感
--自感与互感
-7.2 自感电压与互感电压
-7.3 同名端
--同名端
-- 同名端
-7.4 互感的串联与并联
--互感的串联与并联
--互感的串联与并联
-7.5 互感电路的去耦方法
-7.6 含互感电路的计算
--含互感电路的计算
--含互感电路的计算
-7.7 空心变压器
--空心变压器
--空心变压器
-7.8 理想变压器
--理想变压器
--理想变压器
-第7章 含有耦合电感的电路--第7章习题
-8.1 三相电源
--三相电源
--三相电源
-8.2 三相电路的基本概念
-8.3 对称三相电路的线相关系
-8.4 对称Y-Y三相电路的计算
-8.5 非Y-Y对称三相电路的计算
-8.6 三相电路应用举例:简单照明系统及其故障分析
-8.7 三相电路的功率
--三相电路的功率
--三相电路的功率
-8.8 三相电路的功率的测量
-第8章 三相电路--第8章习题
-9.1非正弦周期信号及其分解
-9.2非正弦周期信号电路分析
-第9章 非正弦周期信号电路--第9章习题
-10.1 二端口概述
-10.2 二端口的方程和参数
-10.3 二端口的等效电路
-10.4 二端口的转移函数
-10.5 二端口的连接
-10.6 回转器和负阻抗变换器
-10.7 ZTH参数
-电路考研大纲
--考研电路大纲
-电路真题
--真题(一)
--真题(二)



