功率与功率因数问题

在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种;一种是有功功率,一种是无功功率。 而视在功率为有功功率和无功功率的相量和。

有功功率:P=UI cosφ

无功功率:Q=UIsinφ

视在功率:S=UI=(有功功率的平方+无功功率的平方)开根号

无功功率的正负其实是线路中电流与电压的关系,负载呈容性时,电流超前电压,为正值;负载为感性时,电流滞后电压,为负值。

电能表的正、反向是与电能的受(送)相关的,一般用户接受系统的电能,叫正向,用户内部发电向系统送电,叫反向;

1、当系统向用户输送有功和无功时,电能表工作在第Ⅰ象限,电能表显示有功是正值,无功也是正值;这最常见的一种方式,大部分用户也都是这种方式;

2、当系统向用户输送无功,用户向系统反送有功时,电能表工作在第Ⅱ象限,电能表显示有功是负值,无功是正值;有些自发电的用户在有功电能发的多的情况下,可能有有功电能向网上送的情况;

3、当用户向系统反送有功和无功时,电能表工作在第Ⅲ象限,电能表显示有功是负值,无功也是负值;有些自发电的用户在内部没有负荷时,出现和专业电厂一样,有功和无功全部向网上输送;

4、当系统向用户输送有功,用户向系统反送无功时,电能表工作在第Ⅳ象限,电能表显示有功是正值,无功是负值;说明该用户在从网上取有功,但内部电容器等投多了,向网上输送无功;

我们按下面的要求定义实际功率的方向:

正向有功功率:即输入有功功率,是电网向用户送电,是用户用电功率;

反向有功功率:即输出有功功率,是用户向电网送电,是用户发电功率;

正向无功功率:即输入无功功率,是电网向用户送无功,是用户用无功功率;

反向无功功率:即输出无功功率,是用户向电网送无功,是用户发无功功率;

Ⅰ象限无功:输入有功功率,输入无功功率,用户为阻感性负载;

Ⅱ象限无功:输出有功功率,输入无功功率,用户负荷相当于一台欠励磁发电机; Ⅲ象限无功:输出有功功率,输出无功功率,用户负荷相当于一台过励磁发电机; Ⅳ象限无功:输入有功功率,输出无功功率,用户为阻容性负载;

有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能) 的电功率。比如:5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能,带动水泵抽水或脱粒机脱粒;各种照明设备将电能转换为光能,供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P 表示,单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。

无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率) 来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q 表示,单位为乏(Var)或千乏(kVar)。

无功功率决不是无用功率,它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动,电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同

样需要无功功率,才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此,没有无功功率,电动机就不会转动,变压器也不能变压,交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题,现举一个例子:农村修水利需要开挖土方运土,运土时用竹筐装满土,挑走的土好比是有功功率,挑空竹筐就好比是无功功率,竹筐并不是没用,没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?

在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,那么,这些用电设备就不能维持在额定情况下工作,用电设备的端电压就要下降,从而影响用电设备的正常运行。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响,主要表现在:

(1)降低发电机有功功率的输出。

(2)降低输、变电设备的供电能力。

(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

(4)造成低功率因数运行和电压下降,使电气设备容量得不到充分发挥。

从发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。

2功率因数

电网中的电力负荷如电动机、变压器等,属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差,通常用相位角φ的余弦cos φ来表示。cos φ称为功率因数,又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。

功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。

(1)自然功率因数:是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数,或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质,电阻性负荷(白炽灯、电阻炉) 的功率因数较高,等于1,而电感性负荷(电动机、电焊机) 的功率因数比较低,都小于1。

(2)瞬时功率因数:是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。

(3)加权平均功率因数:是指在一定时间段内功率因数的平均值

提高功率因数的方法有两种,一种是改善自然功率因数,另一种是安装人工补偿装置 功率因数超前和滞后

在交流电路中电压和电流的相位有三种情况,当负载是纯电阻性质时,电压和电流相位相同;当负载是(或含有)电感性质时,电压相位超前电流;当负载是(或含有)容性负载时,电压相位滞后电流,或者说,电流相位超前电压,也就是你说的“容性电流”。如:平常用的异步电机,就是感性负载,用来补偿电网功率因数的补偿电容就是容性负载。

换一句话说, 我们单方面讨论电流的关系,把电压作为一个对比的定值, 这个时候可以表述为: 如是容性负载(电容器),那么他会导致最终电流超前90度,如果是电感则产生最终电流超前-90度(即滞后90度)

反过来说,在平面直角坐标系中,假设电压为X 轴水平方向,则是否超前则为Y 轴垂直方向,当为容性负载时为Y 正半轴部分,感性负载为Y 负半轴部分

无论是正超前还是负超前(滞后)都会导致功率因数下降,而纯阻性负载其超前角或滞后角是0度,这个时候功率因数为1

正因为容性和感性具有这种相反的性质,那么当使用电动机等感性负载时,会导致严重的负

超前,这个时候就应当使用足够的电容器进行补偿,使其无限逼近0度,保证功率因数无限的逼近1。

总之,功率因数下降,无论是正超前还是负超前都回导致下降,只有为0时才是最高的,而感性负载一应用就肯定是负的了。所以就要用电容补偿让他接近0。

超前和滞后, 对于送电系统而言, 会导致输送的有功能量下降, 无功上升, 换句话说, 线路已经负载50KW 的功率, 但事实上由于超前等原因功率因数下降,线路实际输送的能量对设备做的功可能远小于50KW, 比如结果是5KW, 那么我们就等价于用50KW 设计容量的线路去带动一个5KW 的负载,这对于电网而言, 这种损失是不可估量的.

补偿的话最简单的说,容性超前用电感补偿, 感性滞后用电容补偿, 使其即不超前也不滞后. 补充一点:

就目前而言,国家规定的用电设备功率因数不能低于0.9, 否则就会罚款(或者说加收损耗的费用), 因此很多单位用电时, 都使用无功补偿装置在设备自身上补偿,同时也在单位的总线上集中补偿, 一般也都是用继电器投切电容器的为多, 毕竟现在大多都是感性滞后的.

此外,有部分先进点的补偿装置使用了双向晶体门闸管投切电容和电感, 使得投切加快, 但电容和电感补偿必然不可能达到很高功率因数, 而且不可以频繁操作,否则会有危险.

这个时候, 部分单位,比如一些数据中心,一些特高层大厦等等, 为了减少各种问题的发生,使用主动式补偿系统, 这种系统即昂贵也不耐用, 其原理是利用电子采样后控制触发装置,反向输送电能, 通过这一过程强行纠正这些偏差。

当然有一些要求更高的大厦,还使用了波形曲线主动式纠正设备, 和上面这个差不多,用于纠正正弦波, 不过这些东西都太昂贵了,中国境内, 除港台地区外,几乎没有那几个单位和组织用得起。

在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种;一种是有功功率,一种是无功功率。 而视在功率为有功功率和无功功率的相量和。

有功功率:P=UI cosφ

无功功率:Q=UIsinφ

视在功率:S=UI=(有功功率的平方+无功功率的平方)开根号

无功功率的正负其实是线路中电流与电压的关系,负载呈容性时,电流超前电压,为正值;负载为感性时,电流滞后电压,为负值。

电能表的正、反向是与电能的受(送)相关的,一般用户接受系统的电能,叫正向,用户内部发电向系统送电,叫反向;

1、当系统向用户输送有功和无功时,电能表工作在第Ⅰ象限,电能表显示有功是正值,无功也是正值;这最常见的一种方式,大部分用户也都是这种方式;

2、当系统向用户输送无功,用户向系统反送有功时,电能表工作在第Ⅱ象限,电能表显示有功是负值,无功是正值;有些自发电的用户在有功电能发的多的情况下,可能有有功电能向网上送的情况;

3、当用户向系统反送有功和无功时,电能表工作在第Ⅲ象限,电能表显示有功是负值,无功也是负值;有些自发电的用户在内部没有负荷时,出现和专业电厂一样,有功和无功全部向网上输送;

4、当系统向用户输送有功,用户向系统反送无功时,电能表工作在第Ⅳ象限,电能表显示有功是正值,无功是负值;说明该用户在从网上取有功,但内部电容器等投多了,向网上输送无功;

我们按下面的要求定义实际功率的方向:

正向有功功率:即输入有功功率,是电网向用户送电,是用户用电功率;

反向有功功率:即输出有功功率,是用户向电网送电,是用户发电功率;

正向无功功率:即输入无功功率,是电网向用户送无功,是用户用无功功率;

反向无功功率:即输出无功功率,是用户向电网送无功,是用户发无功功率;

Ⅰ象限无功:输入有功功率,输入无功功率,用户为阻感性负载;

Ⅱ象限无功:输出有功功率,输入无功功率,用户负荷相当于一台欠励磁发电机; Ⅲ象限无功:输出有功功率,输出无功功率,用户负荷相当于一台过励磁发电机; Ⅳ象限无功:输入有功功率,输出无功功率,用户为阻容性负载;

有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能) 的电功率。比如:5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能,带动水泵抽水或脱粒机脱粒;各种照明设备将电能转换为光能,供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P 表示,单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。

无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率) 来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q 表示,单位为乏(Var)或千乏(kVar)。

无功功率决不是无用功率,它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动,电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同

样需要无功功率,才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此,没有无功功率,电动机就不会转动,变压器也不能变压,交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题,现举一个例子:农村修水利需要开挖土方运土,运土时用竹筐装满土,挑走的土好比是有功功率,挑空竹筐就好比是无功功率,竹筐并不是没用,没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?

在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,那么,这些用电设备就不能维持在额定情况下工作,用电设备的端电压就要下降,从而影响用电设备的正常运行。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响,主要表现在:

(1)降低发电机有功功率的输出。

(2)降低输、变电设备的供电能力。

(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

(4)造成低功率因数运行和电压下降,使电气设备容量得不到充分发挥。

从发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。

2功率因数

电网中的电力负荷如电动机、变压器等,属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差,通常用相位角φ的余弦cos φ来表示。cos φ称为功率因数,又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。

功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。

(1)自然功率因数:是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数,或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质,电阻性负荷(白炽灯、电阻炉) 的功率因数较高,等于1,而电感性负荷(电动机、电焊机) 的功率因数比较低,都小于1。

(2)瞬时功率因数:是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。

(3)加权平均功率因数:是指在一定时间段内功率因数的平均值

提高功率因数的方法有两种,一种是改善自然功率因数,另一种是安装人工补偿装置 功率因数超前和滞后

在交流电路中电压和电流的相位有三种情况,当负载是纯电阻性质时,电压和电流相位相同;当负载是(或含有)电感性质时,电压相位超前电流;当负载是(或含有)容性负载时,电压相位滞后电流,或者说,电流相位超前电压,也就是你说的“容性电流”。如:平常用的异步电机,就是感性负载,用来补偿电网功率因数的补偿电容就是容性负载。

换一句话说, 我们单方面讨论电流的关系,把电压作为一个对比的定值, 这个时候可以表述为: 如是容性负载(电容器),那么他会导致最终电流超前90度,如果是电感则产生最终电流超前-90度(即滞后90度)

反过来说,在平面直角坐标系中,假设电压为X 轴水平方向,则是否超前则为Y 轴垂直方向,当为容性负载时为Y 正半轴部分,感性负载为Y 负半轴部分

无论是正超前还是负超前(滞后)都会导致功率因数下降,而纯阻性负载其超前角或滞后角是0度,这个时候功率因数为1

正因为容性和感性具有这种相反的性质,那么当使用电动机等感性负载时,会导致严重的负

超前,这个时候就应当使用足够的电容器进行补偿,使其无限逼近0度,保证功率因数无限的逼近1。

总之,功率因数下降,无论是正超前还是负超前都回导致下降,只有为0时才是最高的,而感性负载一应用就肯定是负的了。所以就要用电容补偿让他接近0。

超前和滞后, 对于送电系统而言, 会导致输送的有功能量下降, 无功上升, 换句话说, 线路已经负载50KW 的功率, 但事实上由于超前等原因功率因数下降,线路实际输送的能量对设备做的功可能远小于50KW, 比如结果是5KW, 那么我们就等价于用50KW 设计容量的线路去带动一个5KW 的负载,这对于电网而言, 这种损失是不可估量的.

补偿的话最简单的说,容性超前用电感补偿, 感性滞后用电容补偿, 使其即不超前也不滞后. 补充一点:

就目前而言,国家规定的用电设备功率因数不能低于0.9, 否则就会罚款(或者说加收损耗的费用), 因此很多单位用电时, 都使用无功补偿装置在设备自身上补偿,同时也在单位的总线上集中补偿, 一般也都是用继电器投切电容器的为多, 毕竟现在大多都是感性滞后的.

此外,有部分先进点的补偿装置使用了双向晶体门闸管投切电容和电感, 使得投切加快, 但电容和电感补偿必然不可能达到很高功率因数, 而且不可以频繁操作,否则会有危险.

这个时候, 部分单位,比如一些数据中心,一些特高层大厦等等, 为了减少各种问题的发生,使用主动式补偿系统, 这种系统即昂贵也不耐用, 其原理是利用电子采样后控制触发装置,反向输送电能, 通过这一过程强行纠正这些偏差。

当然有一些要求更高的大厦,还使用了波形曲线主动式纠正设备, 和上面这个差不多,用于纠正正弦波, 不过这些东西都太昂贵了,中国境内, 除港台地区外,几乎没有那几个单位和组织用得起。


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