三相电动机-功率因数vs.感性负载

感应负载和功率因数与电动三相电机。

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交流电力系统的功率因数被定义为比值主动的(真实的或真实的)力量来视在功率,在那里

Active (Real或True) Power单位为瓦(W)，是系统做功时的电阻所产生的功率
视在功率是用伏安来测量的(弗吉尼亚州)是交流系统的电压乘以所有流入系统的电流。它是矢量和的活跃的和无功功率
无功功率以无功伏安(VAR)．无功功率是由感应电机、变压器和螺线管储存和释放的功率

有功功率、无功功率和视功率

无功功率是电动机磁化所必需的，但不做功。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。

增加无功功率和视功率将降低功率因数PF．

功率因数

通常定义功率因数-PF——为电压与电流相位角的余弦——或cosφ”:

PF = cos φ

在哪里

功率因数

φ=电压与电流之间的相位角

功率因数有功真无功视功率

IEEE和IEC定义的功率因数是应用的功率因数之间的比率主动(真实)电源-以及视在功率，一般可表示为:

Pf = p / s(1)

在哪里

PF功率因数

P=有功功率(真功率或实功率)(瓦)

S =视在功率(VA，伏安)

低功率因数是感应负载(如变压器和电动机)的结果。与电阻负载通过消耗千瓦产生热量不同，感性负载需要电流流来产生磁场来产生所需的功。

功率因数是电力交流系统中一个重要的测量指标

总功率因数小于1，表明电力供应商需要提供比实际需要更多的发电能力
电流波形失真导致功率因数降低是由三相系统中性电缆电压波形失真和过热引起的

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

示例-功率因数

一家工业工厂200年,一个在400 V供电变压器和备用UPS额定400 Vx200a = 80kva．

如果功率因数为-PF载荷的-为0.7——只有

80kva × 0.7

＝56千瓦

的实际功率被系统消耗。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。

任意功率因数小于1这意味着电路的布线必须承载更多的电流，而不是电路中零电抗所必需的电流，以向电阻性负载提供相同数量的(真实)功率。

导体横截面与功率因数

要求低功率因数导体截面积:

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，功率因数低于0.95．一个低功率因数将降低电气系统的配电容量，增加电流流量，造成电压下降。

“领先”或“落后”功率因数

功率因数通常表示为“超前”或“滞后”，以显示相位角的符号。

对于纯电阻性负载，电流和电压的极性同步变化，功率因数将为1．在每个循环中，电能沿单一方向在网络中流动。
感应负载——变压器、电动机和绕线圈——消耗无功功率，电流波形滞后于电压。
电容性负载——电容器组或埋地电缆——产生无功功率，电流相位引导电压。

在交流循环的部分过程中，感应和电容负载将能量存储在设备中的磁场或电场中。在剩余的循环中，能量被返回到电源。

在主要是感性负载的系统中——通常是有许多电动机的工业工厂——滞后电压由电容器组补偿。

三相电机的功率因数

感应装置如电动机或类似装置所需要的总功率由

有源(真实或真实)功率(单位:千瓦，kW)
无功功率-由磁化电流引起的设备运行所需的非工作功率(单位:千瓦，kVAR)

三相电动机的功率因数可表示为:

PF＝P / [(3)^1／2你我)（2）

在哪里

PF功率因数

P =应用功率(W，瓦)

U电压(V)

我=电流(A，安培)

-或者:

P = (3)^1／2U I pf

＝（3）^1／2U I cosφ(2 b)

U l cosφ通常在电机铭牌上引用。

典型电机功率因数

权力 (hp)	速度 (转)	功率因数(cosφ）
权力 (hp)	速度 (转)	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

按行业划分的功率因数

典型的未改进功率因数:

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-避免电力公司对低功率因数的处罚
增加系统容量-可以在不使系统过载的情况下增加额外的负载
由于电流减少，线路损耗减少，从而改善系统运行特性
通过增加电压来改善系统的运行特性，避免了过高的电压降

电容功率因数校正

电容校正系数
功率因数之前改进(因为Φ)	功率因数后改进(因为Φ)
功率因数之前改进(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

示例-用电容器提高功率因数

有动力的电动机150千瓦改进前有功率因数吗CosΦ = 0.75．

为改进后所需的功率因数CosΦ = 0.96—电容修正系数为0.58．

所需的KVAR容量可计算为

C = (150 kW) 0.58

＝87千乏

建议电容额定值t型框架NEMA B级电机

将感应电机校正到约95%功率因数所需的KVAR单元的推荐尺寸。

感应电机等级 (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