提高功率因数的方法意义及应用.docx

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提高功率因数的方法意义及应用

物理与电子工程学院

电路分析

课程设计报告书

设计题目：

提高功率因的意义、方法及应用

专业：

自动化

班级：

10级自动化3班

学生姓名:

张葆

学号:

2010341341

指导教师：

赵双义

年月日

物理与电子工程学院课程设计任务书

专业：

10级自动化班级：

3班

学生姓名

张葆

学号

2010341341

课程名称

电路分析

设计题目

提高功率因的意义、方法及应用

设计目的、主要内容（参数、方法）及要求

设计目的：

1、掌握功率因数的概念、定义。

2、掌握有功功率、无功功率、视在功率的物理意义、及关系。

3、提高功率因的意义、方法及应用。

主要内容：

1、功率因数的概念、定义。

2、提高功率因的实际意义。

3、提高功率因的几种方法。

4、功率因数在我们身边所产生的一些有趣问题。

5、小结。

工作量

2周时间，每天3学时，共计42学时

进度安排

第1-3天：

根据任务书的要求查阅相关资料。

阅读相关文献。

搞清楚本课题的设计内容，对本课题的设计有个初步的设想。

第4-5天：

完成本课题设计的基本设计方案，通过指导老师的审核。

第6-7天：

完成本设计中涉及到的程序设计。

第8-9天：

上机进行程序运行。

第10-11天：

撰写课题设计报告书，并根据指导教师的意见进行修改。

第12天：

完成课程设计报告书。

第13天：

提交报告书。

第14天：

指导教师批阅课程设计报告书。

主要参考资料

[1]郭木森.电工学.北京：

高等教育出版社，2005.

[2]秦曾煌.电工学.北京：

高等教育出版社，2004.

[3]陈晓平.电路原理.北京：

机械工业出版社，2007.

[4]李瀚荪.电路分析基础.北京：

高等教育出版社，2009.

指导教师签字

教研室主任签字

摘要

在电力系统中，电动机及其它带有线圈（绕组）的设备很多，这类设备除了从电源取得一部分电功率作有功用外，还将耗用一部分电功率用来建立线圈磁场。

这就额外地加在了电源的负坦，功率因数

（也称力率）就是反映总电功率中有功功率所占的比例大小功率因数的高低涉及发电设备和用电设备等能否充分利用电能，提高功率因数可以充分利用电源设备的容量，改善供电质量，降低线路损耗，是缓和电能供需矛盾，减少企业经济支出的有效措施。

且在能源匮乏的今天，节约能源、提高能源利用率是非常重要且实际的问题。

因此，提高供电系统的功率因数有其重要意义，以下，本文将从功率因数的定义、影响功率因数的主要因素、提高功率因数的意义与提高功率因数的方法四个方面展开讨论。

关键词：

功率因数；主要因素；意义；方法；

目录

1功率因数5

1.1有功功率5

1.2无功功率5

1.3视在功率5

1.4功率因数6

2提高功率因数的实际意义6

2.1提高功率因数能提高设备的利用率6

2.2提高功率因数能降低输电线上的损耗6

2.3提高功率因数能改善供电质量7

2.4提高功率因数能减少电力设备的投资7

3提高功率因数的方法7

3.1提高自然功率因数法7

3.2人工补偿法8

4提高功率因数的应用9

5总结与体会10

参考文献11

1功率因数

1.1有功功率

电路中电能通过用电负载转换为其他形式的能量（如机械能、光能、热能、化学能等），参加能量转换的实际电功率被称为有功功率，也叫平均功率，是电路中实际消耗的功率。

单相电路中，有功功率

三相电路中，有功功率

其中，U为相电压，I为相电流，

线电压与线电流的相角。

1.2无功功率

电路中的无功功率，分别是由交流电路中的电感成分和电容产生的，称为感性无功功率与容性无功功率。

单相电路中，无功功率

或

三相电路中，无功功率

Q=UI

。

1.3视在功率

视在功率是交流电路中电源供给负载的总功率。

这种负载里可能有电阻和电感，还可能有电容器，在这种综合性负载电路中，电阻需要消耗有功功率，而电感和电容则需要做能量交替交换的无功功率，电源供给这种综合性负载中的总功率包含着有功功率和无功功率两部分。

单相电路中，视在功率

S=UI

三相电路中，视在功率

1.4功率因数

在电力系统中，电动机及其它带有线圈（绕组）的设备很多，这类设备除了从电源取得一部分电功率作有功用外，还将耗用一部分电功率用来建立线圈磁场。

这就额外地加在了电源的负坦，功率因数

也称力率）就是反映总电功率中有功功率所占的比例大小。

理论公式上，有功功率表达式中的P=UI

中的

为功率因数，功率因数小于或等于1，功率因数的大小说明电源被利用程度，它的高低决定月电路端电压和电流之间的相位差。

小于1电路中就发生能量互换出现无功功率Q=UI

。

2提高功率因数的实际意义

2.1提高功率因数能提高设备的利用率

在电力系统中，提供电能的发电机是按要求的额定电压

和额定电流

设计的。

发电机长期运行时，其电压和电流都不能超过额定值，否则会使发电机的寿命缩短，甚至损坏。

发电机的容量是额定电压与额定电流之积UNIN,他是发电机在安全运行下所能产生的最大功率。

发电机在额定电压与额定电流下运行时送出的有功功率P与所接负载的功率因数

密切相关，即P=UI

。

只有当所接负载是电阻时，

=1，发电机输出的有功功率恰好等于其容量。

当负载是感性或容性时，由于

<1，发电机输出的功率要小于其容量，发电机的不到充分的利用。

因此为了尽可能的提高发电机的利用率，必须提高功率因数。

2.2提高功率因数能降低输电线上的损耗

设输电线上的损耗

，当UL是负载端电压的有效值时，负载吸收的有功功率为

负载上的电流为

。

则此电流流过输电线，在输电线的电阻上产生的损耗为

当负载

较低时，线路中的电流会增大，从而引起线路损耗增大，而当

和

不变时，提高功率因数

会降低输电线上的损耗。

2.3提高功率因数能改善供电质量

已知功率因数越低，线路上的电流I越大，由于线路上的阻抗存在，则必然造成电压损失，是线路电压降低。

若电压损失过大，电网末端就会长期处于低电压运行状态，引起变压器过负荷、电动机过热、日光灯不能启辉、点灯昏暗等后果。

因此提高功率因数能减小电压损失，满足工农业生产和人民生活对供电电源的质量要求。

2.4提高功率因数能减少电力设备的投资

为尽量减小输电线路上的功率损耗，往往会增加导线截面积以减小阻抗。

而在有功功率P和电源电压U一定的情况下，功率因数的提高可是线路中通过的电流减小，则导线截面机就可以相应设计的小一些，这样就可以节约线路的投资。

其次，在有功功率P一定时，提高功率因数可是视在功率S降低，对于用电单位而言，在满足用电需要的情况下，减少了所需变压器的容量，也就降低了投资和损耗。

3提高功率因数的方法

供电系统功率因数低主要是由于负载叠用或使用不当（如低负荷使用异步电动机），以及大量用电设备属于感性负载。

提高功率因数的方法主要有两种：

一是改善自然功率因数，减少用电设备对无用功的需要，二是采用无功补偿，在用电设备处设置能够提供无功电力的设备，使无功功率就地得到补偿。

3.1提高自然功率因数法

1、恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。

2、对平均负荷小于其额定容量40%左右的轻载电动机，可将线圈改为三角形接法（或自动转换）。

3、避免电机或设备空载运行。

4、合理配置变压器，恰当地选择其容量。

5、调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。

6、改善配电线路布局，避免曲折迂回等。

3.2人工补偿法

实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用电力电容器补尝无功，即：

在感性负载上并联电容器。

以下为理论解释：

在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。

在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90º，而纯电容的电流则超前于电压90º，电容中的电流与电感中的电流相差180º，能相互抵消。

电力系统中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度，如图1所示，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。

并联电容器的补偿方法又可分为：

1、个别补偿。

即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。

适合用于低压网络，优点是补尝效果好，缺点是电容器利用率低。

2、分组补偿。

即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。

优点是电容器利用率较高且补尝效果也较理想（比较折中）。

3、集中补偿。

即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上。

在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量按配电所的总无功负荷来选择。

优点:

是电容器利用率高，能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。

缺点:

不能减少用户内部配电网络的无功负荷。

由图1可知，有功功率为

串联电容：

（a）串联C后电路（b）串联C1后向量图

图2串联电容提高功率因数

由图2（a）可知

4提高功率因数的应用

用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。

提高功率因数不仅能提高线路或设备输送有功功率的能力，减小发供电设备的装机容量和投资，降低产品成本，而且能提高线路电压，减少电压损失，降低电压波动，有效改善电能质量，从而达到节能降损的目的。

（1）改善功率因数，相当于减少了应缴电费、降低了系统能耗、降低了线路压降增加供电功率、减少用电成本。

5总结与体会

在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．在课程设计中，我体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。

在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

我们通过查阅大量有关资料，并与学习厉害的同学互相讨论，交流经验和自学，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。

这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。

通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。

选择这个课程设计题目是因为在电路分析实验中做过相关实验，对其产生了兴趣。

在写作这篇课程设计的过程中，查阅了很多资料，充分了解到提高功率因数方法及意义在实际应用中的重要意义，可以看到，要充分提高功率因数，需要多方的合作，同时提高功率因数后的受益者也是众多的。

从中我体会到要把所学知识充分应用到实践中，看似很微小的东西也会有很大的影响。

参考文献

【1】陈洪亮张峰田社平《电路基础》高等教育出版社，2007

【2】张峰吴月梅李丹《电路实验教程》高等教育出版社，2008

【3】崔洁玲《浅析提高功率因数的意义和方法》《科技创新导报》2009No.07

【4】黄伟国《提高功率因数的意义和方法》《广东石油化工专科学校学报》1995No.02

【5】康裕荣康向东《提高功率因数的三种方法的计算分析》《江西理工大学学报》2009

No.02