功率因数的含义及功率因数的影响

核心提示系统功率因数的含义功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。它是交流电路中有功功率与视在功率的比值。即功率因数=有功功率/视在功率,其大小与电路的负荷性质有关。如白炽灯、电阻炉等电热设备,功率因数为1,对具有电感的电气设备如日光灯、电动机等

系统功率因数的含义

功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。它是交流电路中有功功率与视在功率的比值。即功率因数=有功功率/视在功率,其大小与电路的负荷性质有关。如白炽灯、电阻炉等电热设备,功率因数为1,对具有电感的电气设备如日光灯、电动机等,功率因数小于1,从功率三角形的图中,运用数学三角关系可得出:

有功功率P=UIcosφ cosφ即功率因数。

功率因数低,说明电路中用于交变磁场吞吐转换的无功功率大。从而降低了设备的利用率,增加线路供电损失。所以,供电部门对用电单位的功率因数,有着一定的标准要求。

在线电压UL=380V的三相四线制交流电路的功率因数

作为一个交流电路,其交流电源的容量是一定的,其大小是用视在功率S=IU来表示的。由于不同的交流电路其负载参数(R、L、C)是不同的,因此电路中电压和电流的相位差也不同。于是,电路中的负载就不可能完全吸收电源的视在功率,其可利用的功率就是有功功率P仅是视在功率S的一部分,这就涉及到交流电源的利用率问题,功率因数就是反映这种利用率大小的物理量。在单相交流电路中,已知单相交流电路的功率因数COSφ的概念是有功功率P与视在功率S的比值,即:

COSφ=P/S

这对三相交流电路同样也是适用的,只是此时的COSφ是指三相交流电路的功率因数,P和S是指三相交流电路总的有功功率和总的视在功率。由此可见,功率因数越大,表示电路中用电设备的有功功率越大,也就是电源的利用率越高。

例如一台发电机的容量为100KW,若负载的功率因数COSφ=1,则发电机能输出100KW的有功功率;若负载的功率因数降到06,则此时发电机最多只能输出:

100×06=60(KW)

的有功功率,说明这时发电机的容量还有40KW未被充分利用。

功率因数低对电气系统的影响

常用电气设备的功率因数除白炽灯、电阻、电热器等接近于1外,其他如电动机、变压器、架空线以及电气仪表的功率因数均小于1。如交流异步电动机,在空载时的功率因数只有02~03;在轻载时均为05;在额定负载时均为07~089。不带电容器的日光灯的功率因数为045~06。负载的功率因数低,会引起一些不良后果,主要表现有两个方面:

(1)电力系统和用电企业的设备不能被充分利用。因为电力系统内的发电机和变压器等设备,在正常情况下,不允许长期超过额定电压和额定电流运行。所以当电压和电流都已达到额定值时,功率因数低便造成设备有功功率的输出较少。同样容量的设备,功率因数越低,其输出的有功功率就越少。

(2)引起电力系统电能损耗增大和供电质量降低。对输电和配电线路来说,线路中的损耗与电流大小的平方成正比,当输送同样大小的有功功率P=IUcosφ时,功率因数cosφ越低,输电线路中的电流I=P/Ucos φ就越大,而线路的电能损耗是与电流的平方成正比增加的。

另外,当功率因数降低,线路电流增大时,势必造成线路中电压降增大,这将导致线路末端的电压降低。若要满足末端用户电压要求,则线路始端的电压就要升高,从而会使整个线路的供电质量降低。

从以上两方面来看,提高用电功率因数是非常必要的,它不但可以提高电力系统和用电企业设备的利用率,做到在同样发电设备条件下,提高发电能力。而且可以减小电能损耗和提高用电质量,它是节约用电的一项很重要的技术措施。

交流电路中的功率因数用什么表示,它的计算公式及计算方法是怎样的

有功功率计算公式

有功功率P=IUCOSφ,其实有功功率P、无功功率Q、视在功率S就是一直角三角形的三条变:S为斜边,P、Q为两直角变,P、Q就是把S正交分解出来的两个分量;P^2+Q^2=S^2(勾股定理)。功率因数就是P/S,也就是cosθ,θ就是相角,即电压与电流之间的夹角

1、有功功率:

在交流电路中,凡是消耗在电阻元件上、功率不可逆转换的那部分功率(如转变为热能、光能或机械能)称为有功功率,简称“有功”, 用“P”表示,单位是瓦(W)或千瓦(KW)。

它反映了交流电源在电阻元件上做功的能力大小,或单位时间内转变为其它能量形式的电能数值。

实际上它是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值,故又称平均功率。它的大小等于瞬时功率最大值的1/2,就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。

2、无功功率:

为了反映以下事实并加以表示,将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率。

简称“无功”,用“Q”表示。单位是乏(Var)或千乏(KVar)。

在交流电路中,凡是具有电感性或电容性的元件,在通电后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。因此,在交流电每个周期内的上半部分(瞬时功率为正值)时间内,它们将会从电源吸收能量用建立磁场或电场;而下半部分(瞬时功率为负值)的时间内,其建立的磁场或电场能量又返回电源。因此,在整个周期内这种功率的平均值等于零。就是说,电源的能量与磁场能量或电场能量在进行着可逆的能量转换,而并不消耗功率。

无功功率是交流电路中由于电抗性元件(指纯电感或纯电容)的存在,而进行可逆性转换的那部分电功率,它表达了交流电源能量与磁场或电场能量交换的最大速率。

实际工作中,凡是有线圈和铁芯的感性负载,它们在工作时建立磁场所消耗的功率即为无功功率。如果没有无功功率,电动机和变压器就不能建立工作磁场。

3、视在功率:

交流电源所能提供的总功率,称之为视在功率或表现功率,在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。

视在功率用S表示。单位为伏安(VA)或千伏安(KVA)。

它通常用来表示交流电源设备(如变压器)的容量大小。

交流电中涉及到电阻、电感和电容类的元器件,其中电流经过电阻做的功叫“有功功率”,而经过电感和电容类所做的功叫“无功功率”,无功功率的存在,影响到供电的质量和供电的效率,在用电中要想法尽量降低整个电路中的无功功率。

在功率三角形中,有功功率P与视在功率S的比值,称为功率因数cosφ,其计算公式为:

 

 

其中:

 P为有功功率,

Q为无功功率。

 
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