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电工基础:为什么要提高功率因数

王曾 发布于2023-05-29 11:26 153 11 标签:电工,电工入门,电工基础,功率因数

很多人对功率因数的概念都是一知半解的,但如果要解释清楚它,就得从数学的角度出发,那样的话,就更多人不理解了,所以,我将直接从实际出发,给大家讲讲为什么要提高功率因数。 免费试学电工视频教程

功率因数(cosφ),其实就是一个比值,没有单位,简单来说,就是有功功率对容量(视在功率)的占比,即cosφ=P/S。所谓有功功率P其实就是平均功率,单位为瓦(W),是真正用于转化输出的功率,如家用电器照明灯的功率12W、热水器的功率1500W等。而容量S是指视在功率,即线路真正传输的功率,含有功功率与无功功率Q,例如你家的电风扇在工作时,电机除了要消耗有功功率转化为机械能用于旋转外,还要吸收无功功率用于激发磁场。但这个磁场并没有被消耗,它是随电流变化的,电流为零,磁场也就没有了,电流最大时,磁场也最强。

基于很多人对无功功率也不是很理解,在这里我再补充说明一下,以上文的电风扇为例,电机一直在旋转,所以它在源源不断地消耗有功功率P,但磁场不是这样的。在电流增大的过程中,电机的磁场在变强,此时,电机将吸收电能转化为磁场能;然而,在电流变小的过程中,电机的磁场也在变弱,此时电机就会将磁场能转化为电能,将能量还给电源,也就是说,电机在和电源不断地进行能量交换,这就是无功功率的表现:不消耗,仅交换。这也是为什么电费计算只与有功功率有关的原因。

在理解了有功功率与无功功率后,我们再看回容量,显然,当一个负载需要有功又需要无功时,系统同时传输两种功率,其电流就会更大,因为S=UI,电压U一般是不变的,所以在容量增大时,电流就会增大。

而功率因数是有功功率对容量的占比,这意味着,若cosφ≠1,容量中肯定含有无功功率部分。例如一台变压器容量是400kVA,cosφ=0.8,那么这台变压器的输出功率(有功)就是400×0.8=320kW,若cosφ=0.9,那么这台变压器的输出功率就是400×0.9=360kW,显然,功率因数越高,变压器的输出功率就越大。

另外,从负载的角度出发,例如某电动机的额定功率是200kW,功率因数cosφ=0.8,这就意味着电源要输出200÷0.8=250kVA的容量,而若功率因数cosφ=0.98,那么电源仅需输出200÷0.98≈204.1kVA的容量!显然,功率因数越小,电源输送容量越大,电压不变的情况下电流就越大,增大线路损耗,

综上,提高功率因数是很有必要的!

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