什么叫功率因素、功率因素的意义、提高功率因素的常用方法（实例说明）

Question

如题所述

Answer 1

首先，要说明一下，通常我们写作“功率因数”，它是个数，是个系数，不大于1的系数。也就是本来可以做的功，但是实际做不到那么多，做了一些无用功，所以乘上一个系数。

看看百科的解释，基本上回答了你的问题。

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

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。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大， 从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

(1) 最基本分析：拿设备作举例。例如：设备功率为100个单位，也就是说，有100个单位的功率输送到设备中。然而，因大部分电器系统存在固有的无功损耗，只能使用70个单位的功率。很不幸，虽然仅仅使用70个单位，却要付100个单位的费用。在这个例子中，功率因数是0.7 (如果大部分设备的功率因数小于0.9时，将被罚款)，这种无功损耗主要存在于电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等)，又叫感性负载。功率因数是马达效能的计量标准。

(2) 基本分析：每种电机系统均消耗两大功率，分别是真正的有用功(叫千瓦)及电抗性的无用功。功率因数是有用功与总功率间的比率。功率因数越高，有用功与总功率间的比率便越高，系统运行则更有效率。

(3) 高级分析：在感性负载电路中，电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。功率因数越低，两个波形峰值则分隔越大。保尔金能使两个峰值重新接近在一起，从而提高系统运行效率。

对于功率因数改善

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。由于减少了无功功率在电网中的流动，因此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，这就是无功补偿的效益。 本文章来自：博研联盟论坛
无功补偿的主要目的就是提升补偿系统的功率因数。因为供电局发出来的电是以KVA或者MVA来计算的，但是收费却是以KW，也就是实际所做的有用功来收费，两者之间有一个无效功率的差值，一般而言就是以KVAR为单位的无功功率。大部分的无效功都是电感性，也就是一般所谓的电动机、变压器、日光灯……，几乎所有的无效功都是电感性，电容性的非常少见。也就是因为这个电感性的存在，造成了系统里的一个KVAR值，三者之间是一个三角函数的关系： 本文章来自：博研联盟论坛
KVA的平方=KW的平方+KVAR的平方文字 本文章来自：博研联盟论坛
简单来讲，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值为零的话，KVA就会与KW相等，那么供电局发出来的1KVA的电就等于用户1KW的消耗，此时成本效益最高，所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。用户如果没有达到理想的功率因数，相对地就是在消耗供电局的资源，所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。目前就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9～1之间，低于0.9，或高于1.0都需要接受处罚。这就是为什么我们必须要把功率因数控制在一个非常精密的范围，过多过少都不行。 本文章来自：博研联盟论坛
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供电局为了提高他们的成本效益要求用户提高功率因数，那提高功率因数对我们用户端有什么好处呢？ 本文章来自：博研联盟论坛
① 通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。 本文章来自：博研联盟论坛
② 藉由良好功因值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。 本文章来自：博研联盟论坛
③ 可以增加系统的裕度，挖掘出了发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器后，可以提高功率因数，增加负载的容量。 本文章来自：博研联盟论坛
举例而言，将1000KVA变压器之功率因数从0.8提高到0.98时： 本文章来自：博研联盟论坛
补偿前：1000×0.8=800KW 本文章来自：博研联盟论坛
补偿后：1000×0.98=980KW 本文章来自：博研联盟论坛
同样一台1000KVA的变压器，功率因数改变后，它就可以多承担180KW的负载。 本文章来自：博研联盟论坛
④ 减少了用户的电费支出；透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。 本文章来自：博研联盟论坛
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此外，有些电力电子设备如整流器、变频器、开关电源等；可饱和设备如变压器、电动机、发电机等；电弧设备及电光源设备如电弧炉、日光灯等，这些设备均是主要的谐波源，运行时将产生大量的谐波。谐波对发动机、变压器、电动机、电容器等所有连接于电网的电器设备都有大小不等的危害，主要表现为产生谐波附加损耗，使得设备过载过热以及谐波过电压加速设备的绝缘老化等。 本文章来自：博研联盟论坛
并联到线路上进行无功补偿的电容器对谐波会有放大作用，使得系统电压及电流的畸变更加严重。另外，谐波电流叠加在电容器的基波电流上，会使电容器的电流有效值增加，造成温度升高，减少电容器的使用寿命。 本文章来自：博研联盟论坛
谐波电流使变压器的铜损耗增加，引起局部过热、振动、噪音增大、绕组附加发热等。 本文章来自：博研联盟论坛
谐波污染也会增加电缆等输电线路的损耗。而且谐波污染对通讯质量有影响。当电流谐波分量较高时，可能会引起继电保护的过电压保护、过电流保护的误动作。 本文章来自：博研联盟论坛
因此，如果系统量测出谐波含量过高时，除了电容器端需要串联适宜的调谐（detuned）电抗外，并需针对负载特性专案研讨加装谐波改善装置。

Answer 2

原理：功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数，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
在感性负载电路中，电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。功率因数越低，两个波形峰值则分隔越大。逐流电路能使两个峰值重新接近在一起，从而提高电子镇流器的功率因数。
提高功率因数的常用方法可以加个并联的补偿电容~要是在电子线路中还可以进行功率因数校正，采用有源或者无源的功率因数校正电路。
无源功率因数：可以采用逐流电路。有源的采用芯片控制
我是做电子镇流器的下面是我的讲义：
高频线路原理说明
一、输入保护线路：
过流保护：使用保险丝FU进行过流保护，如果电流过大保险丝就会熔断，这样一来大电流就不能够进入电路中。从而保护了里面的元器件不受损坏。
过压保护：使用压敏电阻进行过压保护，正常情况下，压敏电阻的电阻值很大，可以视为无穷大，如果比较大的电压加到两个输入端，压敏电阻的特性在电压大于临介值，压敏电阻的电阻值就会骤然减小，可以被视为短路，这样大的电压就不能够进入线路，从而保护了里面的元器件不被损坏。
二、滤波电路：
构成：C1、L1、C2、L2、C3、C4组成双π型低通滤波器。
作用：使高频干扰信号进入电子镇流器同时又使不能通过电源线向外辐射，影响其它电器设备的正常运行
原理：它对几百赫兹以下的交流电流呈现低阻状态，对于镇流器产生的高频共模干扰信号和差模干扰信号,即EMC(电磁兼容,传导干扰),则呈现高阻状态。
三、桥式整流电路
构成：四支二极管
作用：电流方向不断变化的交流电转化成为了电流方向始终不变的直流电。
原理：交流电是电压、电流大小和方向都随时间变化的一种电。
直流电是电流方向是不随时间变化的，但大小可能变化。

桥式整流电路如图Z0705所示,其中图（a）、（b）、（c）是它的三种不同画法。它是由电源变压器、四只整流二极管D1~4 和负载电阻RL组成。四只整流二极管接成电桥形式,故称桥式整流。
桥式整流电路的工作原理如图Z0706所示：
在交流电u2的正半周,D1、D3导通,D2、D4截止,电流由TR次级上端经D1→ RL →D3回到TR 次级下端,在负载RL上得到一半波整流电压。电流方向是由上到下。
在交流电u2的负半周,D1、D3截止,D2、D4导通,电流由Tr次级的下端经D2→ RL →D4 回到Tr次级上端,在负载RL 上得到另一半波整流电压。电流方向同样是由上到下。
这样就在负载RL上得到了一个电流方向始终是由上到下的直流电。从而实现了将电流方向不断变化的交流电转化成为了电流方向始终不变的直流电。
四、逐流电路
构成：由C5,C6,V5,V6,V7功率电阻R1a,R1b构成。
作用：提高电子镇流器的功率因数。
原理：功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数，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
在感性负载电路中，电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。功率因数越低，两个波形峰值则分隔越大。逐流电路能使两个峰值重新接近在一起，从而提高电子镇流器的功率因数。
实现的过程：（能理解多少就理解多少）
☆基于降低输出直流电压在每半个周期内，将交流输入电压高于直流输出时间拉长，整流二极管导通角就可以增大，电源电流过零的死区就减小了。
在桥式整流其输入端，50HZ的交流电压VAC在由零向峰值变化的1/4的周期内，全桥中的二极管VD1,VD3正向偏置导通，VD2,VD4反偏截止，电源电流经VD6对串联电解电容C5,C6充电，当VAC上升到Vm时，C1和C2上的电压，VC1=VC2≈1/2Vm ，此刻直流输出电压VDC≈Vm ，当VAC由峰值开始下降时，当VAC瞬时值刚开始下降时，对于普通桥式单只滤波电容电路来说，VD1,VD3则将戒指，但对于逐流电路C5迅速通过负载和VD5放电并且放电速度比正弦下降得快，直到VAC=1/2Vm，VD1,VD3中则一直导通，由电流流过。C5两端电压从1/2Vm开始放电，直到下降到尾岭，当VAC瞬时值小于1/2Vm，VD7则正向导通，电容C6开始以指数规律通过VD7和负载放电，在此后，VAC电压低于VDC，所以VD1,VD3截止，电源电流IAC出现死区，当VAC为负半周期时，VD1,VD3截止，在开始一段时间VAC小于VDC，VD2,VD4仍然反偏不能马上导通，电流IAC继续中断，只要VAC高于VDC输出最小值VD2,VD4开始导通，电源电流再一次对C5,C6充电，如此周而复始。
五、启动电路
构成：由R2,C10,V8,V9,V10组成。
作用：产生一个触发信号使半桥逆变电路开始工作。
原理：双向触发二极管特性：当器件两端所加电压U低于正向转折电压V（B0）时，双向触发二极管呈高阻态。同样当U大于反向转折电压V（BR）时，管子管子击穿导通。DB3是双向触发二极管的一种。
当电子镇流器加电后，流经R2的电流对起动电容C10充电。当C10两端电压升高到DB3的转折电压（约35V）值后，DB3击穿，电压加到MOS管的栅极，从而使MOS管的漏极和源级导通，从而半桥逆变电路启动工作。半桥电路启动工作，MOS管的开关频率很高，可以达到200KHZ，在这样的频率下，电容C10来不及充分充电，就沿V8和MOS管放掉。从而在电路中失去作用。
六、半桥逆变电路
构成：MOS管V13,V14，栅极电阻R3,R4, 线圈T1-2,T1-4
作用：产生高频交流电压和电流。
原理：逆变电路是一个DC /AC电源变换器，由两支配对的MOS管组成桥路的有源侧，电容C7和C8组成无源支路。是电子镇流器电路中最基本同时也是最关键的组成部分。
由配对C7,C8,配对MOS管V13,V14组成两个半桥支路轮流交替工作，为了达到两个半桥支路交替工作平衡，所以电容，MOS管要配对。由线圈T1-2,T1-4通过耦合的电压经过栅极电阻加到MOS管的栅极上。为半桥提供一个驱动信号。
V14导通时：电流走向：C7→T1-1→V14→地
V13导通时：电流走向：V13→T1-1→C8→地
七、点火电路
构成：T1-4，T2谐振电容C12,C13
作用：产生一个高压脉冲施加到灯管上，使灯点火启动。
原理：两支MOS管轮流导通，使串联于灯管两端的灯谐振电容C12,C13上的电流方向不断改变，迅速引起由T1-4，T2和C12,C13等组成的LC网络发生串联谐振，产生一个高压脉冲施加到灯管上，使灯点火启动。
金卤灯通常需要3～6kV的高压脉冲才能使其启动引燃。灯启动通常利用LC串联谐振在电容两端产生一个1kV以上的高压施加到灯管上，以使灯管击穿而点燃。而HID灯启动电路则通常由带负阻特性的开关元件（如硅AC双向开关）、电容和升压电感器等元件组成，该电路可用来产生数千伏的高压点火脉冲。