2 轻载降压运行提高功率因数

2轻载降压运行提高功率因数理论分析表明电动机的功率因数和运行效率与其端电压之间存在如下的数量关系日〕sU=.st'osTR日〕sU=.st'osTR式中,sN,s）电动机额定工况和降压运行的转差率；cosUn,cosU）电动机额定工况和降压运行的功率因数;Gn,G）电动机额定工况和降压运行的效率；UN,U）电动机额定电压和降压运行时的实际电压；KU）电动机的调压系数，其值为电动机降压运行时的实际电压U与额定电压UN之比；K1）电动机的空载电流系数，K1=I0/IN;I0,IN）电动机的空载电流和额定电流;B）电动机的负载系数。从式（1）、式（2）可以看出，降低电压可以提高功率因数,但同时考虑到效率时不难看出并不是所有的降压运行都能达到节能的目的,只有当电压降低程度大于转差率及功率因数上升程度时,才能使效率得到提高。因此必须求得一定负载时的最佳调压系数，即电动机在此电压下的损耗最低,功率因数和效率都高。不同负载下最佳电压调节系数Kum可按下式确定式中,2PN）电动机额定负载时的有功损耗；P0）电动机的空载损耗；K）计算系数,K=（P0-Pfw）/2PN,Pfw）电动机的机械损耗；B）电动机的负载率；P2）电动机的输出功率；PN）电动机的额定功率。常采用的降压运行措施有以下两种:（1）定子绕组v-Y改接实现降压:对于额定电压为380V,v接法并有六个出线端子的电动机,可以在轻载或空载时通过定子绕组v-Y改接来降压。在忽略定子绕组阻抗的条件下，改接后绕组中电势、磁通量都只有原来的1/3，空载电流大大减小，电动机的总电流有所减小，功率因数得到提高，虽然这种简单易实现的v-Y改接调压设备体积小、成本低、寿命长、动作可靠，但是由于改接后的电压降压系数（1/3）是固定不变的，不能随负载变化而变化，对功率因数的改善效果不明显。（2）软起动器轻载降压:双向晶闸管调压软起动器按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化，实现电机的平滑起动，避免冲击，在电机轻载运行时，还可以通过降低电机端电压来提高电机的功率因数，减少电机的铜耗和铁耗。由于软起动器的调压范围大，可以根据负载的变化选择不同的电压调整系数，功率因数调节范围大。1功率因数的定义在交流电路中，有三种重要的功率参数，分别是有功功率、无功功率和视在功率。功率因数是数电过程中视在功率供给有功功率消耗所占百分比。1.1有功功率电路中电能通过用电负载转换为其他形式的能量（如机械能、光能、热能、化学能等），参加能量转换的实际电功率被称为有功功率，也叫平均功率，是电路中实际消耗的功率。单相电路中，有功功率P=UIcose三相电路中，有功功率P=3Ulcose其中，U为相电压，I为相电流，令为线电压与线电流的相角。1.2无功功率电路中的无功功率，分别是由交流电路中的电感成分和电容产生的，称为感性无功功率与容性无功功率。单相电路中，无功功率QL=ULI或QC=UCI三相电路中，无功功率 Q=UIsin^1.3视在功率视在功率是交流电路中电源供给负载的总功率。这种负载里可能有电阻和电感，还可能有电容器，在这种综合性负载电路中，电阻需要消耗有功功率，而电感和电容则需要做能量交替交换的无功功率，电源供给这种综合性负载中的总功率包含着有功功率和无功功率两部分。单相电路中，视在功率 S=UI三相电路中，视在功率22SPQ=+1.4功率因数在交流电路中，电压与电流之间的相位差⑷的余弦叫做功率因数，用符号cose表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cose=PS功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。2影响功率因数的主要因素2.1异步电动机及变压器的负载情况。异步电动机的功率因数与负载密不可分，在额定负载是功率因数在08以上，而在空载时功率因数仅为0.2~0.3。电动机负载率与功率因数的关系见下表。表1负载率00.250.50.751cost0.2 0.5 0.77 0.85 0.88变压器消耗的无功功率约为其额定容量的10%〜15%,空载时的无功功率约为满载时的1/3。因此，要提高功率因数就要尽量避免电动机与变压器的空载或轻载运行。2.2供电电压。当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。2.3用电设备自身的功率因数。2.4电网频率的波动。3.提高功率因数的意义3.1提高功率因数能提高设备的利用率在电力系统中，提供电能的发电机是按要求的额定电压UN和额定电流IN设计的。发电机长期运行时，其电压和电流都不能超过额定值，否则会使发电机的寿命缩短，甚至损坏。发电机的容量是额定电压与额定电流之积UNIN,他是发电机在安全运行下所能产生的最大功率。发电机在额定电压与额定电流下运行时送出的有功功率P与所接负载的功率因数cose密切相关，即P=UIcos^只有当所接负载是电阻时，cose=1，发电机输出的有功功率恰好等于其容量。当负载是感性或容性时，由于cose<1，发电机输出的功率要小于其容量，发电机的不到充分的利用。因此为了尽可能的提高发电机的利用率，必须提高功率因数。3.2提高功率因数能降低输电线上的损耗设输电线上的损耗2PllRI=，当UL是负载端电压的有效值时，负载吸收的有功功率为 cosLLPUIe=负载上的电流为cosLLPIUe=。则此电流流过输电线，在输电线的电阻上产生的损耗为

cosLllLPPRU当负载cosLllLPPRU当负载cose较低时，线路中的电流会增大，从而引起线路损耗增大，而当UL和IL不变时，提高功率因数cose会降低输电线上的损耗。3.3提高功率因数能改善供电质量已知功率因数越低，线路上的电流I越大，由于线路上的阻抗存在，则必然造成电压损失，是线路电压降低。若电压损失过大，电网末端就会长期处于低电压运行状态，引起变压器过负荷、电动机过热、日光灯不能启辉、点灯昏暗等后果。因此提高功率因数能减小电压损失，满足工农业生产和人民生活对供电电源的质量要求。3.4提高功率因数能减少电力设备的投资为尽量减小输电线路上的功率损耗，往往会增加导线截面积以减小阻抗。而在有功