文档介绍：无功功率和功率因数
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。
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:,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cosφ来表示。cosφ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。三相功率因数的计算公式为:
式中cosφ——功率因数;
P——有功功率,kW;
Q——无功功率,kVar;
S——视在功率,kV。A;
U——用电设备的额定电压,V;
I——用电设备的运行电流,A。
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,其计算公式为:
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
电气回路谐波过载和起火危险的防范
一、线性负载和非线性负载
就谐波的产生而言,电气负载有线性负载和非线性负载之分。如对一负载施加一正弦波波形的电压,其负载电流的波形仍为一正弦波波形而未畸变,其负载线为一直线,则此负载被称作线性负载,例如白炽灯、电阻炉、未磁饱和的电动机之类的负载都是。
如对一电气负载施加一正波波形的电压,其负载电流的波形因带多次谐波电流成分而发生畸变,它不再为正弦波波形,其负载线不是一条直线而是一条曲线,如图2所示,则此负载称之为非线性负载,例如气体放电灯、微波炉、计算机,变频调速设备等负载都是。
电网电压几乎是设有纯粹正弦波波形的,为了便于说明问题,假设它为正弦波形,一个典型的电气装置示意图为例来说明谐波电流与谐波电压的关系。图中的装置内有线性负载和非线性负载,电源线路的阻抗则以图示的两个阻抗来代表,它包括电气装置内的阻抗(