浅谈功率因数的意义及提高功率因数的方法

摘要：本文从增加供电设备的容量、供电电压的质量的角度出发，对怎样提高功率因数提出了自己的看法，为煤矿用电单位的合理供电、用电提供了参考。

关键词：功率因数 感性负载 功率 同步补偿机 静电电容

中图分类号：TM933.3+1

引言：

矿井供用电设备功率因数的高低，对于电力系统有很大的影响。因为，矿井供用电设备功率因数底，所需要的无功功率多，需要发电厂大量发出无公功劳，增加了发、供电设备的容量；另一方面，由于大量输送无功功率，使电网中的电能损耗增加：其次，供电电压的质量也得不到保证。所以，提高矿井供用电设备的功率因数具有非常重大的意义。

正文：

由于大多数用电器（负载）都同时含有电阻和电感，也称感性负载，如：异步电动机，因此分析这类电路有其广泛的代表性。

一、功率因数的重要意义

由交流电路的功率的意义可知，电阻元件是耗能元件，有功功率P=UI=I2=U2/R，电感、电容元件则都是储能元件，p=0，它们不消耗功率，只与电源进行能量交换。在一般的电路中，将有热能的消耗也有能量的交换。在这样的电路中，总电压和电流相之间相位差（φ角）的余弦值，也就是负载取用的有功功率与电源供给的铈在功率的比值叫做电路的功率因数，即COSφ=P/UI=P/S， COSφ功率因数的高低对发电机、变压器、电缆的利用利用率有关：

1-1、电源能力的发挥与COSφ功率因数成正比。

电源设备在工作时，总想产生与它的额定视在功率相等的最大有功功率，发挥最大效益。如：一台交流发电机、额定参数为：Ve=1000V、Ie=100I、Se=100kVA，问当负载功率因数分别为：COSφ1= 0.8、COSφ2= 0.2时，这台发电机能发出多少有功功率？则

P1=VeIe COSφ1=80000W P2=VeIe COSφ2=20000W 。

所以，同一个电源设备，由于负载的COSφ高低不同，设备的发挥有着明显差别。这是值得注意的问题。当电动机的负载率从小逐渐增大时，功率因数也从小逐渐增大。一般电动机的负载率在0.8左右时效率和功率因数最高。负载率低于0.8以下时，效率和功率因数下降。当负载率底于0.5 以下时，功率和功率因数急剧下降，此时电力损耗较多。因此，必须合理选择电动机容量，使其接近满载运行。

1-2、线路损失功率与COSφ功率因数成反比，功率越小越好，节省能量越多越好。实际负载大多数是电感性的，感性负载 通过具有rL 、xL的导线联至电源。感抗虽然不消耗功率，但当它与电源进行能量交换时，必须要在连接电源与负载的导线上引起功率消耗。就是说，电源向负载输送的能量，除了负载中电阻成分消耗的以外，还包括电感中的磁场能。但后一部分能量并没有被消耗掉，而是在一定时期内送回电源，这样一来一往自然会在线路上产生功率损耗，如果负载电抗成分大即功率底，而且是远距离大功率的输电系统，则这部分功率损耗是很可观的，在电力系统中，提高功率因数是一件很有意义的措施。

二、如何提高功率因数

2-1、自然提高功率因数的方法

（一）正确选择电动机容量，使其接近满载运行。

当电动机的负载率从小逐渐增大时，功率因数也从小逐渐增大。一般电动机的负载率在0.8左右时效率和功率因数最高。当负载率低于0.8以下时，效率和功率因数下降。当负载率低于0.5以下时，效率和功率因数急剧下降，此时电力损耗较多，如下图所示：

因此，必须合理选择电动机容量，使其接近满载运行。如有电动机轻载运行时，可以选用容量适当的电动机进行更换。更换电动机之前，应当掌握原有电动机的起动情况。

（二）对于轻负荷的异步电动机，可以降低电压运行。

对于一千伏以下，负载率经常小于35 ～ 40 %的异步电动机，可采用电动机外部或内部改接线的方法实现降压运行。

1、 电动机外部改接线

1） 当需要大的起动转矩时，起动时接成三角形，运行时换接成星形。

2） 当不需要大的起动转矩时，可将其接成星形。

这种方法只适用于电动机的接线盒内具有六个接线柱的情况。

2、 电动机内部改接线

凡不具备外部改接线条件的电动机，可采用改变内部接线的方法。对于负载率很底仅达25%左右的异步电动机，采用外部和内部改接线的方法，不仅可以节电，而且可使功率因数提高。

（三）变压器合理选择和使用

变压器的选择和使用不合理，也会消耗很多的电能。因此，必须将平均负荷率小于30%的变压器用容量适当的变压器进行替换。但当变压器的平均负荷率大于30%时，应该结合具体情况进行技术经济比较。通常，负载率大于50%的变压器效率较高，功率因数也较高不应更换。

（四）采用同容量的同步电动机代替异步电动机

凡是在生产条件许可的情况下，均可采用同步电动机代替异步电动机。大家知道，同步电动机在过激磁时，功率因数是超前的。因此，它可以提高电网的功率因数。

（五）能用鼠笼型异步电动机的地方，尽量不用绕线型异步电动机

凡是可以用鼠笼型异步电动机的地方，应尽量不用绕线型异步电动机。这是因为同容量同转速的鼠笼型异步电动机比绕线型异步电动机的功率因数提高5%，效率也高3%左右。

2-2、人工补偿提高功率因数的方法

（一）在感性负载两端并联适当电容可以提高电路的功率因数，并联电容可以在负载功率及端电压不变的条件下，减小电流的无功分量，如下图所示：

感性负载并接电容器

（二）同步补偿机 对于区域电网的电压和功率因数特别低时，可采用同步补偿机补偿的方法。由于同步补偿机价格很贵，所以矿井供电一般不采用同步补偿机。

（三）静电电容器 由于静电电容器具有重量轻、安装方便、投资省、故障范围小、有功功率损耗小、容易维护等优点。所以，安装静电电容器提高功率因数的方法，在矿井供电中得到了广泛地应用。

结束语：希望从事电力工程的同志，关心重视这一问题，因为它关系到国民经济的发展，急需的电能是否合理应用的问题。

参考文献

[1]刘介才主编.工厂供电. 北京：机械工业出版社，2012.

[2]李汝火主编. 电气节能技术.北京：水利电力出版社，2010.

[3]吴荣贵主编.电机与变压器.北京：中国劳动出版社，1988.

[4]劳动部培训司编.维修电工生产实习.北京：中国劳动出版社.1994.

作者简介：余同玲（1962- ），女，汉族，安徽霍邱县人，专科学历，2000年毕业于天津职业技术师范学院机械系，现工作于淮南矿业高级技工学校，一级实习指导教师，从事机电方面的教学和研究工作。