提高交流电路功率因数的意义及方法

专辑：电子电路的维修方法buck电路的作用afc电路的作用

[摘 要]功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标。功率因数的高低关系到输配电线路、设备的供电能力，也影响到其功率损耗。提高功率因数对于节约电能，降低损耗，提高输配电设备的供电能力具有十分重要的意义。
[关键字]交流电路 功率因数 用电稳定性
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-252-01
一、什么叫做功率因数
功率因数是非电阻性负载的固有特征，也是衡量企业供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标之一，通常用cosφ表示（φ为功率因数角，是电路电压与电流的相位差）。
许多电设备都是利用电磁感应原理来工作的，比如：变压器、电焊机、电动机等等，它们都是靠电能转化为磁能再转化为电能或机械能来实现能量转换的，因此，设备从电网上吸收两种能量，一部分能量用于做功，即电能转换为机械能或热能，这部分能量大部分是为了满足生产和生活的需要，称为有功功率。另一部分能量用来产生电磁场，它是电磁感应设备能量转换和传输的媒介，没有了电磁场，电能之间的转换及电能与机械能的转换就没有了传输介质，从而使电能只能在电源或用电器设备内部消耗，无法对外传输，不能对外做功，所以这部分功率称为无功功率。无功，并不是没有用，没有它，任何能量都只能自己消耗，不能传输，然而它确实在能量转换过程中没有转换成其它形式的能量，所以叫作无功功率。电路总电流与总电压的乘积为视在功率。有功功率、无功功率、视在功率形成了功率三角形：三角形的两条直角边，一个是有功功率，一个是无功功率，斜边代表视在功率，有功功率和视在功率之间的夹角就是功率因数角，功率因数角的余弦值就是功率因数。
功率因数是电器设备非常重要的性能指标，视在功率一定时，功率因数高有功功率分量就高，功率因数低即有功功率分量低。电路总电流与总电压相位越接近，功率因数角就越小，其余弦值就越大，无功功率越少，有功功率和视在功率就越接近，也就是说，能量的转换效率也就越高。
二、提高功率因数的意义
有功功率和无功功率都是电器设备运行所必须的，是能量转换的必要条件。功率因数低，有功功率不足，将影响供电线路及配电变压器的经济运行，还可能影响电器设备的正常工作。
当供电系统需要输送的有功功率一定时，无功功率过大将使功率因数降低，对电路将有如下影响：一是供电系统中输送的总电流增大，使电气设备，如变压器、电抗器、供电线路等容量增大，从而增加了企业投资；二是由于无功功率增大，使得视在功率增大，输电电流增大，也会增大供电设备的有功损耗；三是由于系统中总电流增大，线路压降增加，电压损失增大，造成其他设备不能正常工作。
工业、农业及照明设备，大部分为感性负载，其功率因数都很低，运行时要消耗一定的无功功率。若要使发电厂或变电所有效地利用资源，完成电能的转换和传输，就需要合理地分配有功功率和无功功率，在无功功率合理的情况下，要尽量多地提供功功率，减少无功功率输出。那就是要提高用电器设备的功率因数，进而提高各级供电系统的功率因数。
三、提高功率因数的方法
这就提出了一个问题，怎样减少供电系统的功率因数，进而减少发电机的无功输出，或者说减少感性负载的无功吸收？供电设备的供电容量通常是用视在功率表示，字面意思就是我们所能看到的功率，即表见功率，但不是真实功率，它的真实功率是由视在功率和功率因数的乘积决定的。
有功功率和无功功率都是靠发电机发出的，然而用电设备所需要的功率会因设备的感性和容性不同而不同，当用电设备是感性时，用电设备的电压会超前电流90°；当用电设备是容性时，电流超前电压90°，两个分量将在一条直线上，但方向相反，用电设备中感性的居多，所以提高功率因数的就需要一个容性的负荷进行无功补偿。工业企业中常用的电容器补偿方式提高功率因数。