感性電路并聯電容器提高功率因數的方法分析

摘要： 文章介紹了提高功率因數的意義，分析了感性負載電路中并聯適當的電容器，提高功率因數的方法，指出了確定并聯電容器的容量及提高功率因數應注意的事項。

關鍵詞： 功率因數 并聯電容器 提高

一、有功功率、無功功率和功率因數

在交流電路中，所有交流電器和電工儀表的工作狀態都取決于交流電的平均電效應，通常將瞬時功率在一個周期內的平均值稱為平均功率，又稱為有功功率。

P= ?蘩P（t）dt= ?蘩2IUcosφsin ωt-IUsinφsin2ωtdt

= ?蘩2sin 2ωtdt（1）

=IUcosφ

其中P（t）表示瞬時功率，P表示有功功率。式（1）與直流電路功率的計算公式不同之處在于多了一個小于1的正數因子cosφ，它叫做功率因數。功率因數cosφ就是反映總電功率中有功功率所占的比例大小。功率因數的大小說明電源被利用的程度高低，它決定了電路端電壓和電流之間的相位差。當電路接入純電阻負載時，cosφ=1；接入感性負載時，cosφ＜1，電路中就發生能量互換，出現無功功率Q=UIsinφ，Q稱無功功率（Kvar），將交流電路的電壓有效值和電流有效值的乘積定義為視在功率（用S表示），S=UI稱為視在功率（KVA）。交流異步電動機、電焊機、變壓器、日光燈等都是感性負載，它們的功率因數大多在0.7—0.9之間。

二、提高功率因數的意義

假設用電單位它有一臺800KVA的變壓器，最大負荷：Ps=1000kW，需用系數：Kx=0.7，功率因素：cosφ=0.75，各種功率計算如下：

有功功率：P=K #8226;ΣPs=0.7×1000=700（kW）

無功功率：Q=P#8226;tanφ=700×0.88=616（kvar）

視在功率：S= = =934（KVA）

從以上的計算結果可以看出，當功率因數在0.75的情況下，800千伏安的變壓器是不能滿足負荷的正常需要的。但是，當我們把功率因素提高到0.9時，

視在功率：Se=Pjs/cosφ=700/0.9=778（KVA）

從計算結果中我們可以看出，當把功率因素提高到0.9時，800KVA的變壓器就能夠滿足負荷的要求。

下面，我們再通過公式P=U I cosφ來討論另一個問題：

如電壓U=380V，用電負荷P=100kW，功率因數cosφ=0.75

I =P/（U cosφ）=100×10 /（380×0.75）=350（A） （6）

當把功率因數提高到0.9時：

I =P/（U cosφ）=100×10 /（380×0.9）=292（A）

上式的計算結果可以得出，設備功率因數降低，在線路輸送同樣有功功率時，線路中就會流過更多的電流，因為任何導線都是有電阻的，當電流流過時，就會有電能消耗，即：Pr=I r，可以看出導線能量損失是與電流的平方成正比的，當功率因素提高后，可以減少輸送電流，減少設備的成本，提高設備資源的利用率，減少資源的浪費。

此外功率因數降低，還會使線路的電壓損失增加，結果負載端的電壓下降，嚴重影響電動機、空調及其它用電設備的正常運行。特別是在用電高峰季節，功率因數太低，會出現大面積的電壓偏低，對工業生產帶來很大損失，并嚴重影響居民的正常生活。

三、感性負載并聯電容器提高功率因數的分析

在圖（a）中，R和L為等效感性電路或感性負載，C為并聯電容。并聯電容前（開關S未合時）， =，矢量關系如圖（b）所示。并聯電容后（開關閉合），總電流 為電流和的矢量和，矢量關系如圖（c）所示。

四、并聯電容器的容量的求法

由圖（c）可得

通過公式（4-2）可計算并列電容器容量的大小，式中：

P——電源向負載供給的有功功率，w；

U——電源電壓，v；

f ——電源頻率，Hz；

φ ——并聯電容之前電壓與電流相位差，度；

φ ——并聯電容之后電壓與電流相位差，度。

五、提高功率因數注意的事項

1.提高功率因數時，不能影響負載的工作。如，將電容與負載串聯，也能改變功率因數，但是負載將無法正常工作，所以用來提高電容器必須與負載并聯。

2.功率因數提高要適當，即在電路中投入的并聯電容值不能過大。如并聯電容值過大，降低功率因數，則并聯電容器不能補償電路中的無功電流起不到補償作用；并聯電容器太小，則效果不大。

3.并聯電容器盡量靠近負載端，并聯電容器的耐壓必須符合相應的要求。選用可自動調節的電容補償屏，當負載變動時，可自動投切電容器。

參考文獻：

［1］關光福.建筑應用電工.武漢理工大學出版社，2001年10月第2版.

［2］姜均仁.電路基礎［M］.哈爾濱：哈爾濱大學出版社，1996.

［3］何玉彬等.低壓電網無功全量補償方法.電工技術，1992，（9）：64-65.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>