电路分析实验报告

5/5关于功率因数补偿的研究目录TOC\o"1-1"\h\u56951、概述 1172932、功率因数补偿的必要性 2135123、采用并联固定电容器的方法补偿功率因数的可行性（理论计算和仿真验证） 348214、该方案在实际工况下的运行效果、遇到的问题和改进方案 3194235、结论 5功率因数补偿的研究1、概述功率因数是用电设备的有功功率与视在功率的比值，表示用电设备（供电设备、配电设备等）的用电效率。它反映了设备充分利用的程度，如果功率因数低，则引发设备不能充分利用的问题，电流到了额定电流值，但功率却远远小于视在功率值。

功率因数的特性：

1、功率因数越大，表示用电效率越高。

2、在任何情况下功率因数都不可能大于1。 3、当交流电路中电压与电流同相位时，有功功率等于视在功率，此时功率因数最 大，等于1（即电阻型设备）。功率因数补偿在交流电路中，电压与电流之间的相位差（Φ)的余弦叫做功率因数，用符号

cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S.

电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷,这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。减少了无功功率在电网中的流动，可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，这种措施称作功率因数补偿。//由于功率因数提高的根本原因在于无功功率的减少，因此功率因数补偿通常称之为无功补偿。2、功率因数补偿的必要性有功功率P=UIcosφ由此可以看出，电路中消耗的功率P，不仅取决于电压U与电流I的大小，还与功率因数有关。功率因数的大小，取决于电路中负载的性质。对于一般性电路，功率因数介于0到1之间。由P=UIcosφ可知，相同电压下，功率因数过低，就要用较大的电流来保障用电器正常工作，与此同时输电线路上输电电流增大，从而导致线路上焦耳热损耗增大。另外，在输电线路的电阻上及电源的内阻上的电压降，都和用电器中的电流成正比，增大电流必然会导致输电线路和电源内部的电压损失增大。因此，提高用电器的功率因数，可以减小输电电流，进而减小了输电线路上的功率损失。所以功率补偿就显得尤为重要！通过功率补偿，可以提高功率因数（后面实例解释），进而充分发挥电力设备的潜力；减小供电线路的损耗；减小供电线路的电压损失；提高供电能力，降低电能成本。如左图所示，在某工厂动⼒设备采⽤380V50Hz供电，功率因数为0.65，全部满载运⾏时需要功率500kW，平均每天运⾏16个⼩时，每月平均开机26天,基本电价0.6元/千瓦时的情况下，需要电力局供电的功率为767.60KV*A，一个月需要缴纳电费约191592.96元。根据电网政策，实际应缴纳191592.96*（1+15%）=220331.90元，加了补偿电器后供电功率仅需555.56KV*A，一个月仅需缴纳138666.67元，每月少缴81665.23元。3、采用并联固定电容器的方法补偿功率因数的可行性（理论计算和仿真验证）理论计算I=1451A，Q_2=240401.68var，买补偿电容器的价钱为(Q_1-Q_2)*25/1000=8574.38元。仿真验证I=1.45KA，Q_2=240236var，买补偿电容器的价钱为(Q_1-Q_2)*25/1000=8578.50元。综上，购置无功补偿器的价钱8600元远远低于一个月省下的电费81665.23元，所以采用并联固定电容器的方法补偿功率因数完全可行。若采用，则满载下一个月可以省下电费73065.23元。4、该方案在实际工况下的运行效果、遇到的问题和改进方案经计算，设备在平均负载率80%的情况下的实际功率为400W，此时电路各元件参数如下：L_2=L_1/(80%)=0.567mH R_2=R_1/(80%)=0.152Ω仿真电路如图：可以看出功率因数为0.95，电路总电流为1.08KA，视在功率为：380*1090=414.2KW。这里一个月的电费p=26*16*414.2*%0.6=103384.32元。根据电网政策，最后应缴纳电费为p`=p*（1-0.75%）=103125.86元。设备在最低负载率60%的情况下的实际功率为300W，此时电路各元件参数如下：L_3=L_1/(60%)=0.748mH R_3=R_1/(60%)=0.203Ω仿真电路如图：可以看出功率因数几乎达到100%，电路总电流为788A，视在功率为:380*791=300.58KW这里一个月的电费p=26*16*300.58*0.6=75024.77元。根据国家电网政策，最后应缴纳的费用为p`=p*(1-0.75%)=74462.08元。综上：该方案在实际工况中运行时效果显著但却略有不足，当负载率低至60%于满载时，可以观察到电路略过补偿。可能的改进方法：机器大多数运行在80%即400KW的情况下，购置电容器时不应按照满载下的功率因数而是400KW下的功率因数为0.9来购置更便宜的电容器。5、结论