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功率因素-电感负载

三相电机的电感负载和功率因数

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交流电力系统的功率因数定义为比值有效的(真实的或真实的)力量视在功率,在那里

  • 主动(真实或真实)权力是以瓦特(W),是做有用功的系统的电阻所产生的功率
  • 视在功率是用伏安来衡量的吗(弗吉尼亚州)是交流系统上的电压乘以流经其中的所有电流。这是矢量和活跃的无功功率
  • 无功功率为无功伏安(VAR).无功功率是由感应电动机、变压器和螺线管储存和释放的功率

电动机的磁化需要无功功率,但无功功率不做功。感性负载所需要的无功功率增加了视在功率的数量——以及从电源供应商到配电系统所需的电网供应。

增加无功功率和视在功率会降低功率因数-PF

功率因数

通常定义功率因数-PF-为电压与电流相角的余弦值,或cosφ":

cos φ

在哪里

功率因数

φ=电压和电流之间的相角

IEEE和IEC定义的功率因数是应用的功率因数之间的比率活跃的(真正的)力量——视在功率,一般可表示为:

Pf = p / s(1)

在哪里

PF=功率因数

P=有功(真或实)功率(瓦)

视功率(VA,伏特安培)

低功率因数是电感负载的结果,如变压器和电动机。与电阻负载通过消耗千瓦来产生热量不同,感应负载需要电流来产生磁场来产生所需的功。

在电力交流系统中,功率因数是一项重要的测量指标

  • 总功率因数小于1表示电力供应商需要提供比实际需要更多的发电能力
  • 导致功率因数降低的电流波形畸变是由三相系统中性线的电压波形畸变和过热引起的

国际标准如IEC 61000-3-2已经通过引入电流谐波幅值限制来控制电流波形失真。

示例-功率因数

一个工业工厂200年,一个400 V供电变压器和备用UPS额定400 Vx200a = 80kva

如果功率因数为-PF-负载是0.7——只有

80 kVA × 0.7

56千瓦

真正的能量被系统消耗了。如果功率因数接近1(一个纯电阻电路),那么由变压器、电缆、开关设备和UPS组成的供电系统就可以做得相当小。

  • 任何功率因数小于1这意味着电路的布线必须承载比电路中零电抗所需要的更多的电流,以向电阻负载提供相同的(真实)功率。

导体横截面与功率因数

低功率因数导体所需截面面积:

功率因数 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3
横截面 1 1.2 1.6 2.04 2.8 4.0 6.3 11.1

低功率因数是昂贵和低效的,一些公用事业公司可能会收取额外的费用时,功率因数小于0.95.一个低功率因数会增加电流并引起电压下降,从而降低电力系统的配电容量。

“领先”或“落后”的动力因素

功率因数通常用“超前”或“滞后”来表示相角的符号。

  • 在纯电阻负载下,电流和电压的极性同步变化,功率因数为1.在每个循环中,电能以单一方向流过网络。
  • 电感负载——变压器、电动机和缠绕线圈——消耗无功功率,电流波形滞后于电压。
  • 电容负载——电容组或埋地电缆——产生电流超前于电压的无功功率。

感应负载和电容负载在交流周期的部分时间内以磁场或电场的形式在设备中储存能量。在其余的循环过程中,能量会返回到电源。

在以感应负载为主的系统中——典型的有许多电动机的工业装置——滞后电压用电容器组进行补偿。

三相电机的功率因数

感应式装置如电动机或类似装置所需的总功率包括

  • 有功(真或实)功率(以千瓦、千瓦计)
  • 无功功率—操作设备所需的由磁化电流引起的非工作功率(单位为千瓦,kVAR)

三相电动机的功率因数可表示为:

PFP / ((3)1/2你我)(2)

在哪里

PF=功率因数

P =施加的功率(W, watts)

U=电压(V)

=电流(A,安培)

或者:

P = (3)1/2我U PF

(3)1/2我因为φ(2 b)

U l和cosφ通常在电机铭牌上报价。

典型电机功率因数

权力
(hp)
速度
(转)
功率因数(因为φ
卸载 1/4的负载 1/2负载 3/4的负载 满载
0 - 5 1800 0.15 - 0.20 0.5 - 0.6 0.72 0.82 0.84
5 - 20 1800 0.15 - 0.20 0.5 - 0.6 0.74 0.84 0.86
20 - 100 1800 0.15 - 0.20 0.5 - 0.6 0.79 0.86 0.89
100 - 300 1800 0.15 - 0.20 0.5 - 0.6 0.81 0.88 0.91
  • 1马力= 745.7 W

按行业分类的功率因数

典型未改善的功率因数:

行业 功率因数
啤酒厂 75 - 80
水泥 75 - 80
化学 65 - 75
电化学 65 - 75
铸造 75 - 80
锻造 70 - 80
医院 75 - 80
制造、机器 60 - 65
制造、涂料 65 - 70
金属加工 65 - 70
矿山、煤炭 65 - 80
办公室 80 - 90
泵油 40 - 60
塑料的生产 75 - 80
冲压 60 - 70
钢铁厂 65 - 80
纺织品 35 - 60

功率因数校正的好处

  • 减少电费-避免电力公司的低功率因数惩罚
  • 增加的系统容量-额外的负载可以增加而不超载的系统
  • 通过减少线路损耗改进了系统的运行特性,减少了电流
  • 通过增加电压来改善系统的工作特性,避免过度的电压降

电容功率因数校正

电容器校正因子
功率因数之前改进(因为Φ) 功率因数改进(因为Φ)
1.0 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 0.92 0.91 0.90
0.50 1.73 1.59 1.53 1.48 1.44 1.40 1.37 1.34 1.30 1.28 1.25
0.55 1.52 1.38 1.32 1.28 1.23 1.19 1.16 1.12 1.09 1.06 1.04
0.60 1.33 1.19 1.13 1.08 1.04 1.01 0.97 0.94 0.91 0.88 0.85
0.65 1.17 1.03 0.97 0.92 0.88 0.84 0.81 0.77 0.74 0.71 0.69
0.70 1.02 0.88 0.81 0.77 0.73 0.69 0.66 0.62 0.59 0.56 0.54
0.75 0.88 0.74 0.67 0.63 0.58 0.55 0.52 0.49 0.45 0.43 0.40
0.80 0.75 0.61 0.54 0.50 0.46 0.42 0.39 0.35 0.32 0.29 0.27
0.85 0.62 0.48 0.42 0.37 0.33 0.29 0.26 0.22 0.19 0.16 0.14
0.90 0.48 0.34 0.28 0.23 0.19 0.16 0.12 0.09 0.06 0.02
0.91 0.45 0.31 0.25 0.21 0.16 0.13 0.09 0.06 0.02
0.92 0.43 0.28 0.22 0.18 0.13 0.10 0.06 0.03
0.93 0.40 0.25 0.19 0.15 0.10 0.07 0.03
0.94 0.36 0.22 0.16 0.11 0.07 0.04
0.95 0.33 0.18 0.12 0.08 0.04
0.96 0.29 0.15 0.09 0.04
0.97 0.25 0.11 0.05
0.98 0.20 0.06
0.99 0.14

例子-提高功率因数与电容器

有动力的电动机150千瓦改善前有功率因数吗因为Φ= 0.75

为改进后所需的功率因数因为Φ= 0.96—电容校正系数为0.58

所需的KVAR容量可计算为

C = (150 kW) 0.58

87千乏

t型架NEMA B级电机的建议电容器额定值

将感应电动机校正到大约95%功率因数所需的KVAR机组的推荐尺寸。

感应电机功率
(HP)
电机公称转速(rpm)
3600 1800 1200
电容器评级
(千乏)
线路电流降低
(%)
电容器评级
(千乏)
线路电流降低
(%)
电容器评级
(千乏)
线路电流降低
(%)
3. 1.5 14 1.5 23 2.5 28
5 2 14 2.5 22 3. 26
7.5 2.5 14 3. 20. 4 21
10 4 14 4 18 5 21
15 5 12 5 18 6 20.
20. 6 12 6 17 7.5 19
25 7.5 12 7.5 17 8 19
30. 8 11 8 16 10 19
40 12 12 13 15 16 19
50 15 12 18 15 20. 19
60 18 12 21 14 22.5 17
75 20. 12 23 14 25 15
One hundred. 22.5 11 30. 14 30. 12
125 25 10 36 12 35 12
150 30. 10 42 12 40 12
200 35 10 50 11 50 10
250 40 11 60 10 62.5 10
300 45 11 68 10 75 12
350 50 12 75 8 90 12
400 75 10 80 8 One hundred. 12
450 80 8 90 8 120 10
500 One hundred. 8 120 9 150 12
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