有功、無功和視在功率的關(guān)系

1、有功、無功和視在功率的關(guān)系由于感性、容性或非線性負(fù)荷的存在，導(dǎo)致系統(tǒng)存在無功功率，從而導(dǎo)致有功功率不等于視在功率，三者之間關(guān)系如下：S2=P2+Q2；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(jiǎn)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(huì)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(shí)成本效益最高，所以功率因數(shù)是供電局非常在意的一個(gè)系數(shù)。用戶如果沒有達(dá)到理想的功率因數(shù)，相對(duì)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(gè)法規(guī)的限制。目前就國(guó)內(nèi)而言功率因數(shù)規(guī)定是必須介于電感性

2、的0.91之間，低于0.9時(shí)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(duì)用戶端有什么好處呢？ 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(shè)備、導(dǎo)線等的容量，因此不但減少了投資費(fèi)用，而且降低了本身電能的損耗。 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(fù)載電壓更穩(wěn)定，改善電能的質(zhì)量。 可以增加系統(tǒng)的裕度，挖掘出了發(fā)供電設(shè)備的潛力。如果系統(tǒng)的功率因數(shù)低，那么在既有設(shè)備容量不變的情況下，裝設(shè)電容器后，可以提高功率因數(shù)，增加負(fù)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(shí)：補(bǔ)償前：1000

3、×0.8=800KW補(bǔ)償后：1000×0.98=980KW同樣一臺(tái)1000KVA的變壓器，功率因數(shù)改變后，它就可以多承擔(dān)180KW的負(fù)載。 減少了用戶的電費(fèi)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(fèi)優(yōu)惠。此外，有些電力電子設(shè)備如整流器、變頻器、開關(guān)電源等；可飽和設(shè)備如變壓器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等；電弧設(shè)備及電光源設(shè)備如電弧爐、日光燈等，這些設(shè)備均是主要的諧波源，運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生大量的諧波。諧波對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器等所有連接于電網(wǎng)的電器設(shè)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(shè)備過載過熱以及諧波過電壓加速設(shè)備的絕緣老化等。并聯(lián)到線路上進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)?/p>

4、電容器對(duì)諧波會(huì)有放大作用，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴(yán)重。另外，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會(huì)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(dòng)、噪音增大、繞組附加發(fā)熱等。諧波污染也會(huì)增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對(duì)通訊質(zhì)量有影響。當(dāng)電流諧波分量較高時(shí)，可能會(huì)引起繼電保護(hù)的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)的誤動(dòng)作。因此，如果系統(tǒng)量測(cè)出諧波含量過高時(shí)，除了電容器端需要串聯(lián)適宜的調(diào)諧（detuned）電抗外，并需針對(duì)負(fù)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(zhì)量？電力系統(tǒng)向用戶供電的電壓，是隨著

5、線路所輸送的有功功率和無功功率變化而變化的。當(dāng)線路輸送一定數(shù)量的有功功率時(shí)，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，kVUe線路的額定電壓，kVP線路輸送的有功功率，kWQ線路輸送的無功功率，kVARR線路電阻，歐姆X線路電抗，歐姆由上式可見，當(dāng)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(zhì)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

6、率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數(shù)，以COS表示，其實(shí)最簡(jiǎn)單的測(cè)量方式就是測(cè)量電壓與電流之間的相位差，得出的結(jié)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(bǔ)償情況下，用電設(shè)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(jī)；避免變壓器空載運(yùn)行；合理安排和調(diào)整工藝流程，改善機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況；在生產(chǎn)工藝允許條件下，采用同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)。（2）采用人工補(bǔ)償無功功率。裝用無功功率補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償，電力用戶常用的無功功率補(bǔ)償設(shè)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(gè)部分所需的無功功率,特別是減少負(fù)荷取用的無功功率

7、,使電力系統(tǒng)在輸送一定的有功功率時(shí),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(jié)為兩大類:提高自然功率因數(shù)的方法采用降低各用電設(shè)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(dòng)機(jī)的型號(hào)與容量。據(jù)有關(guān)資料介紹,我國(guó)中小型異步電動(dòng)機(jī)的用電負(fù)荷約占電網(wǎng)總負(fù)荷的80 %以上,幾個(gè)主要電網(wǎng)中,電動(dòng)機(jī)所耗能占整個(gè)工業(yè)用電量的60 % 68 %左右1 因此做好電動(dòng)機(jī)的降損節(jié)能具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義 正確選用異步電動(dòng)機(jī),使其額定容量與所帶負(fù)載相配合,對(duì)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(dòng)機(jī),并依據(jù)電機(jī)機(jī)

8、械工作對(duì)啟動(dòng)力矩、啟動(dòng)次數(shù)、調(diào)速等方面的具體要求,選用不同的型號(hào)。 電動(dòng)機(jī)的效率與功率因數(shù)cos是反映電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的主要指標(biāo),都與負(fù)載率有密切關(guān)系1 GB/ T 12497 - 90 對(duì)三相異步電機(jī)三個(gè)運(yùn)行區(qū)域規(guī)定如下:當(dāng)負(fù)載率在70 % 100 %之間時(shí),為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū);當(dāng)40 % 70 %時(shí),為一般運(yùn)行區(qū);當(dāng) < 40 % 時(shí),為非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū);2、根據(jù)負(fù)荷選用相匹配的變壓器。電力變壓器一次側(cè)功率因數(shù)不但與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān),而且與負(fù)荷率有關(guān)若變壓器滿載運(yùn)行,一次側(cè)功率因數(shù)僅比二次側(cè)降低約3 5 %;若變壓器輕載運(yùn)行,當(dāng)負(fù)荷小于0. 6 時(shí),一次側(cè)功率因數(shù)就顯著下降,下降達(dá)11 1

9、8 %,所以電力變壓器的負(fù)荷率在0. 6 以上運(yùn)行時(shí)才較經(jīng)濟(jì),一般應(yīng)在60 % 70 %比較合適為了充分利用設(shè)備和提高功率因數(shù),電力變壓器一般不宜作輕載運(yùn)行。當(dāng)電力變壓器負(fù)荷率小于30 %時(shí),應(yīng)當(dāng)更換成容量較小的變壓器3、合理安排和調(diào)整工藝流程。合理安排和調(diào)整工藝流程, 改善電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài), 限制電焊機(jī)和機(jī)床電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行1 例如可采用空載自動(dòng)延時(shí)斷電裝置流程等4、異步電動(dòng)機(jī)同步化運(yùn)行。對(duì)于負(fù)荷率不大于0. 7 及最大負(fù)荷不大于90 % 額定功率的繞線式異步電動(dòng)機(jī),必要時(shí)可使其同步化,即當(dāng)繞線式異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)完畢以后,向轉(zhuǎn)子三相繞組中送入直流勵(lì)磁,即產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩把異步電動(dòng)機(jī)牽入同步運(yùn)行,其

10、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與同步電動(dòng)機(jī)相似在過勵(lì)磁的情況下,電動(dòng)機(jī)可向電網(wǎng)送出無功功率,從而達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。提高功率因數(shù)的補(bǔ)償方法采用供應(yīng)無功功率的設(shè)備來補(bǔ)償用電設(shè)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(bǔ)償方法。采用補(bǔ)償法來提高功率因數(shù),必須增加新設(shè)備、增加有色與黑色金屬的需用量。 此外,補(bǔ)償設(shè)備本身也有功率損失,所以從整體來看,應(yīng)首先采用提高用電設(shè)備自然功率因數(shù)的方法。 但當(dāng)功率因數(shù)還達(dá)不到電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范所要求的數(shù)值時(shí),則需采用專門的補(bǔ)償設(shè)備來提高功率因數(shù)。應(yīng)用人工補(bǔ)償無功功率的方法通常有應(yīng)用移相電容器(即靜電電容器) 、采用同步電動(dòng)機(jī)和采用同步調(diào)相機(jī)三種方法。同步電動(dòng)機(jī)在過勵(lì)

11、磁方式運(yùn)行(0. 8 0. 9 超前) 時(shí),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(dòng)機(jī)來提高企業(yè)的功率因數(shù),應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。通常對(duì)低速、恒速且長(zhǎng)期連續(xù)工作的容量較大的電動(dòng)機(jī),宜采用同步電動(dòng)機(jī)組,如軋鋼的電動(dòng)機(jī)組、球磨機(jī)、空壓機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備 這些設(shè)備采用同步電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)時(shí),其容量一般在250 KW 以上,環(huán)境與啟動(dòng)條件均能滿足同步電動(dòng)機(jī)的要求,而且停歇時(shí)間較少,因此對(duì)改善功率因數(shù)能起很大作用 但是同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并且附有一套啟動(dòng)控制設(shè)備,維護(hù)工作量大,價(jià)格較異步電動(dòng)機(jī)貴,而且目前高壓移相電容器價(jià)格普遍降低,這就相應(yīng)地提高了“

12、異步電動(dòng)機(jī)加移相電容器的補(bǔ)償方案”的優(yōu)越性 移相電容器由于具有功率損耗小、運(yùn)行維修很方便、短路電流小等優(yōu)點(diǎn)而在工業(yè)企業(yè)中被廣泛用作人工補(bǔ)償裝置。綜上所述,提高功率因數(shù)必然對(duì)國(guó)家的能源利用、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起到促進(jìn)作用, 是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及安全運(yùn)行所不可缺少的條件 應(yīng)根據(jù)不同情況采取相應(yīng)措施來提高功率因數(shù),降低無功損耗,從而提高經(jīng)濟(jì)效益。功率因素1、柴油發(fā)電機(jī)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(dòng)。3）有功功率表指針在表盤整個(gè)刻度盤上擺動(dòng)。4）轉(zhuǎn)子電流表指針在正常值附近快速擺動(dòng)。5）發(fā)電機(jī)發(fā)出鳴叫聲，且叫聲的變化

13、與儀表指針的擺動(dòng)頻率相對(duì)應(yīng)。6）其他并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)的儀表也有相應(yīng)的擺動(dòng)2、發(fā)電機(jī)振蕩失步的時(shí)處理方法發(fā)電機(jī)振蕩失去同步時(shí)應(yīng)注意以下幾條：1）要通過增加勵(lì)磁電流來產(chǎn)生恢復(fù)同步的條件；2）要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整該機(jī)的負(fù)荷，以幫助恢復(fù)同步；3）當(dāng)整個(gè)電廠與系統(tǒng)失去同步時(shí)，該電廠的所有發(fā)電機(jī)都將發(fā)生振蕩，除設(shè)法增加每臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流外，在無法恢復(fù)同步的情況下，為使發(fā)電機(jī)免遭持續(xù)電流的損害，應(yīng)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L(zhǎng)ED燈具的功率因數(shù)?功率因數(shù)是LED燈具的一個(gè)重要參數(shù)，了解什么是功率因數(shù)有利于我們進(jìn)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

14、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(fù)雜些：即有部分交流電流在負(fù)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(shí)際功率。視在功率和實(shí)際功率的不等引出了功率因素，功率因素等于實(shí)際功率與視在功率的比值。所以交流系統(tǒng)里實(shí)際功率等于視在功率乘以功率因素。 即：功率因素=實(shí)際功率/視在功率。只有電加熱器和燈泡等線性負(fù)載的功率因素為1，許多設(shè)備的實(shí)際功率與視在功率的差值很小，可以忽略不計(jì)，而像容性設(shè)備如燈具的這種差值則很大、很重要。美國(guó)PC Magazine 雜志的一項(xiàng)研究表明燈具的典型功率因素為0.65，即視在功率(VA)比實(shí)際

15、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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、使電子電路工作等。因?yàn)檫@個(gè)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(gè)錯(cuò)覺，即把有功功率當(dāng)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=Scos=UIcos=UIF。式中，P是有功功率，單位是W(瓦);F=cos被稱為功率因子，而

16、是在非線性負(fù)載時(shí)電壓電流不同相時(shí)的相位差。無功功率是儲(chǔ)藏在電路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=Ssin=UIsin。式中，Q為無功功率，單位是var(乏)。無功功率對(duì)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(rèn)為燈具之類的設(shè)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(dāng)然就認(rèn)為功率因子為1的燈具最好。因?yàn)樗芙o出最大輸出功率。然而，實(shí)際情況并非如此。功率因數(shù)設(shè)備假如有一燈具，當(dāng)交流市電輸入后進(jìn)行整流，就得到脈動(dòng)直流電壓，若不將脈動(dòng)電壓進(jìn)行任何加工，就直接提供給燈具，毫無疑問，電路根本無法正常工作。雖然這時(shí)燈具的功率因子接近于1，可這又有何用呢。為了讓燈具電路能正常工作，