工厂用电功率因数
及提高方法
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6－1 工厂用电功率因数
6－2 提高功率因数的意义及方法
6－１
工厂用电功率因数
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学习目标
了解功率因数的基本概念、含义和工厂用电功率因数。
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一、功率因数的基本概念和含义
工厂电力系统从电源得到两部分能量，一部分能量用于做功而被消耗掉，
称为有功功率（这部分电能将转换为机械能、热能、化学能和光能）；另一部
分能量用来建立交变磁场，但对于外部电路并不做功，由电能转换为磁能再由
磁能转换为电能，这样反复转换的功率称为无功功率。工厂中的许多用电设备
是根据电磁感应原理工作的，如通过磁场，变压器才能改变电压并将电能传送
出去，电动机才能转动并拖动机械负荷。
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在交流电路中，有功功率和无功功率构成视在功率，或者说视在功率包括
有功功率和无功功率两个部分。它们之间的关系用下式表示：
式中 S———视在功率，kV·A；
P———有功功率，kW；
Q———无功功率，kvar。
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由交流电路基本原理可知
式中 I———通过设备的电流，A；
U———设备两端电压，kV；
cosφ ———功率因数；
φ ———功率因数角（表示电流和电压之间的相位差）。
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功率因数（cosφ）是用电设备有功功率与视在功率之比，即电流和电压之
间相位差的余弦。
因此，用电设备的有功功率不仅随电流与电压的大小而变化，还随电流与
电压之间的相位差而变化。
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二、工厂用电功率因数———自然功率因数、瞬时功率
因数和平均功率因数
自然功率因数是指未投入无功补偿设备时的功率因数。
瞬时功率因数是指功率因数的瞬时值，可由功率因数表（相位表）直接测
量，亦可由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：
式中 P———功率表测出的三相功率读数，kW；
I———电流表测出的线电流读数，A；
U———电压表测出的线电压读数，kV。
平均功率因数亦称加权平均功率因数，可通过计算求得。
6－２
提高功率因数的意义及方法
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学习目标
1. 了解提高功率因数的意义和无功补偿方式。
2. 掌握提高功率因数的方法。
3. 了解电动机的节能措施。
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一、提高功率因数的意义
提高功率因数有重要意义：
1. 可提高设备的有功功率。
2. 可以降低变压器或线路的功率损耗和电能损失。
3. 可以减少电力设备的投资。
4. 可以减少电压损失，改善电压质量。
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二、提高功率因数的方法
1. 提高自然功率因数的方法
提高自然功率因数是指不用任何补偿设备，采用降低用电设备本身所需的
无功功率的方法，提高其功率因数。这主要从合理选择和使用电气设备，改善
它们的运行方式以及提高对它们的检修质量等方面着手，这是提高功率因数的
经济的、积极有效的方法。
（1）合理选择、使用电动机。
电动机负荷率与功率因数、效率的关系见下表。
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电动机负荷率与功率因数、效率的关系
（2）适当降低电动机的运行电压。
异步电动机轻载运行时，可适当降低其运行电压，以提高自然功率因数和
节约电能。
（3）安装空载自动断电装置。
对于存在周期性空载运行的电动机，可安装空载自动断电装置，以控制电
动机的空载损失。因为空载时电动机消耗的无功功率占额定负载时消耗无功功
率的 60% ~ 70%，所以安装空载自动断电装置，可以使电动机的自然功率因数
显著提高。
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（4）提高电动机的检修质量。
振动或弯曲，以及轴承的磨损或偏心，使电动机的气隙不均或过大，磁阻增
大，导致电动机的无功功率增加。因此，应定期检修电动机并提高检修质量。
（5）合理选择与使用变压器。
合理选择变压器的容量，低损耗变压器的最佳负荷率约为 50% ；及时切除
空载变压器，减少变压器的空载损失；变压器应实行并联运行，并联运行的变压
器应根据负荷变化特点实行经济运行；根据电网运行情况及时调整变压器的分接
开关，以防止变压器过励磁。
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（6）调整工艺生产过程，改善设备运行制度。
在生产工艺允许的条件下，将消耗无功功率大的设备安排在系统无功负荷
低谷时运行。
（7）采用电缆供电或减小架空线几何间距。
电缆线路的电抗为零，电缆供电没有无功损耗，并且电缆线路的电容电流
较大（电缆各相之间及各相对外皮之间就像电容器一样，当电缆充电后，就会
有微小的电流，这个电流就叫电缆的电容电流），有一定的无功补偿作用。
（8）均衡变压器负荷。
对于使用多台变压器的工厂，均衡各变压器的负荷可以减少变压器阻抗中
的无功损耗。
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2. 无功补偿
无功补偿的基本原理就是把具有容性无功功率负荷的装置并联接在感性负
荷的电路中，由于感性和容性负荷之间实现了能量互相交换，因此感性负荷所
应吸收的无功功率能从容性补偿设备输出的容性无功功率中获得，从而使电源
不再通过线路输送无功功率。
工厂普遍采用在需补偿的电路上并联电力电容器的方法来提高功率因数。
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三、无功补偿方式
1. 集中补偿
集中补偿方式就是把电容器组集中安装在变电所的一次侧或二次侧母线上。
2. 分散补偿
分散补偿方式就是将电容器组分组安装在各配电室或分路出线上，它可与部
分负荷的变动同时投入或切除。
3. 个别补偿
个别补偿方式就是把电容器直接并联接到单台用电设备的同一电气回路中，
与设备同时投切。
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四、电动机的节能措施
1. 合理选择电动机类型、功率以及其他技术参数
优先选择节能电动机。所谓节能电动机，就是在设计制造上全面降低电动
机本身的功率损失，以提高电动机的效率。
（1）合理选择电动机类型。
（2）合理选择电动机功率。
（3）合理选择电动机的机械特性。
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2. 采用节电调速方案
应用电磁转差离合器调速、晶闸管串级调速、变频调速器调速等节电调速
方案，能使电动机效率提高，损耗小，节电效果明显。
3. 采用电动机空载自停装置
应用空载自停装置，减少异步电动机的空载损失。
4. 提高检修质量
异步电动机出厂时各项技术参数应该是最佳的，而确保检修质量，达到或
接近出厂时的各项技术参数，就能达到节电的目的。
5. 定期保养、维护
对电动机需要经常保养、及时维修、定期检修，才能使电动机始终处于最
佳状态，保证其效率和功率因数维持在较高的水平，从而节约电能。
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