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如果将功率因数提高0.05有功需能量降低吗?

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发表于 2021-8-12 08:31:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
如果将功率因数提高0.05,有功需能量降低吗?
▲通过感性负载与电容器并联电路分析可知,并联适当的电容以后,可以提高电路的功率因数。
也就是说在同一感性负载下,电源提供的线路电流可以减少。大多数的交流负载,如企业中大量使用的三相交流异步电动机、电焊机、控制电路中的交流接触器,以及过去老式日光灯,都属于感性负载。它们使线路的功率因数降低。如常用的异步电动机,虽然满载时的功率因数在0.7~0.9之间,但在轻载时则很低;老式日光灯的功率因数一般不到0.5。
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一、电源设备的容量得不到充分利用
变压器的额定容量为额定电压Uɴ与额定电流 Iɴ的乘积,即额定视在功率Sɴ=UɴIɴ。但变压器在负载运行时,其容量能否得到充分发挥,除了电流的大小以外还得看负载功率因数的高低。
例如Sɴ= 1000 kva的变压器,工作时电压、电流已处于额定状态,当负载的功率因数仅为0.5时,此变压器输出的有功功率P = Sɴcosφ= 1000 ×0.5 = 500KW(千瓦)。也就是说这台交压器输出的能量真正做了功的只占它额定容量的1/2,而另外1/2容量则用来和负载之间进行了功率的交换。如果把负载的功率因数从0.5提高到0.98,,此时它输出的有功功率P = Sɴcosφ = 1000 × 0.98 = 980KW(千瓦);
换言之,同一台变压器,现在差不多可以供给近两个原先那样的负 载,使电源设备的利用率大为提高。所以,电力部门对用户的功率因数有一定的要求,一般容量在160 kva以上的高压用户,功率因数不得低于0.9,其他用户也不得低于0.85,低于此值要加收电费,高于规定则有奖励。
二、增加了线路的电压损失和功率损耗
在电源输送的平均功率P为一定时,根据 I= P/Ucosφ可知,电流与功率因数成反比关系,功率因数低则线路电流增大,由于输电线路本身有一定的阻抗,它一方面导致线路上的电压损失增大,使用户端电压降低;另一方面还使线路上的功率损耗△P增加。因为△P与电流的平方成正比,即△P=R I2=R(P/Ucosφ)2,可见△P与见功率因数的平方成反比,功率因数低下,将使线路功率损耗天为增加。(式中R为线路电阻)。
由此可见,功率因数提高后,一方面可使电源设备的容量得到充分的利用,同时又减小了电能在输送过程中的损耗,因此,提高电网的功率因数,对发展国民经济有着极为重要的现实意义。
功因数低的租本原因,是由于电感性负载需要无功功率来建立磁场。无功功率和电源之间有着能量的交换。这种能量的交换对电感性负载来说,是工作所必须,无法加以改变的。为了提高线路的功率因数,可在感性负载两端并联电容器,利用电容器和电感负载间进行能量交换,使线路的功率因数得到提高,以减少电源的无功功率负担。目前我国已大量生产功率因数自动补偿成套装置的系列产品,在负载变动时,能根据既定的功率因数cosφ指标,自动调节并联于负载端的电容器数量,使之达到合理补偿。
可以证明,当功率因数提高到0.95以上时,再继续提高单位功率因数,所需要并联的电容量就越来越大,从收益和投资总体效益来分析,就并不经济,所以一般并不把功率因数提高到1.00。
例如:有一个电感性负载,其功率P=10KW,功率因数cosφ=0.6,接在电压U=220V,50Hz的电源上,求:(1)把cosφ提高到0.95所需要并联的电容量及并联后的系列电流?(2)如将cosφ从0.95继续提高到1.00,还需要并联多大的电容,此时线路的电流又为何值?
解答:计算并联电容可以从下图所示
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上图为电感性负载并联电容器后的矢量图。按照矢量图推导出一个计算公式。
Iᴄ=I₁sinφ₁-Isinφ=(P/Ucosφ₁)sinφ₁-(P/Ucosφ)sinφ=P/U(tgφ₁-tgφ)
又因为 Iᴄ=U/Xc=ωCU,所以UωC=P/U(tgφ₁-tgφ)
由此可得
C=P/ωU2(tgφ₂-tgφ)
(1)cosφ₁=0.6,φ₂=53⁰,cosφ=0.95,φ=18⁰
因此所需要并联的电容容量为
C=10×10⁸/2π×50×2202(tg53⁰-tg18⁰)=656μF
平均功率因数每提高0.05需要电容容量为656/(0.35/0.05)=93.7μF。
未并联电容器时的电流为 I=P/Ucosφ₁=10×10⁸/220×0.6=75.6A
并联电容器后的电流为 I=P/Ucosφ=10×10⁸/220×0.95=47.8A
(2)如果将功率因数由0.95继续提高到1.00,则需要并联电容为C=10×10⁸/2π×50×2202(tg18⁰-tg0⁰)=213.6μF
由此此时的电流为 I=P/Ucosφ=10×10⁸/220=45.45A。
由此可见,在功率因数快接近1时,再继续提高0.05,则所需要提供单位功率因数的电容值要大1.3倍,而电流仅减小了5%。

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发表于 2022-1-11 16:34:23 | 显示全部楼层
为什么是Isinψ??

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