衡量一件设备或设施如何有效地利用功率产生功的方法被称为功率因数。虽然电阻性负载,如加热和照明,具有很高的功率因数,电感性负载,包括交流感应电机,不使用他们提供的所有功率来产生有用的工作,所以他们的功率因数往往是低的。这一区别对于工业工厂尤其重要,因为公用事业供应商经常对低功率因数的设施征收罚款和额外费用。
功率因数是介于0和1.0之间的无量纲量。电力系数低于0.85通常被公用事业公司认为“低”。
交流感应电动机有两种用途:在转子中产生磁场,并通过传递给定子的功率产生转矩。提供给定子的功率称为“实”功率或“有功”功率,因为它产生功,而用于诱导转子中的磁场的功率称为“无功”功率,因为它不主动产生功。电力公司根据实际功率和另一种被称为“视功率”的指标来确定功率因数。
为了理解视在功率,它有助于在功率三角形上形象化它(连同真实功率和无功功率)。功率三角形是一个直角三角形,实际功率和无功功率互为直角,视在功率是斜边。功率因数是角θ(实际功率和视在功率之间的夹角)的余弦。因为余弦是用三角形的邻边除以斜边得到的,所以功率因数就是实数除以视功率。

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角度θ表示电压和电流之间的位移或相位差。感性负载所需的无功功率往往会将电流和电压拉出相,导致角度θ较大,因此功率因数较低。
如果电压和电流之间没有相位差,则角度θ是零。的cos(0) = 1 cos(0) = 1,所以功率因数是1。另一方面,如果电压和电流相差90度,θ等于90。Thecos90度等于0 cos(90) = 0,所以功率因数是0 !
尽管交流感应电机实际消耗的功率随电机的负载而变化,但电机使用的无功功率与负载无关。从功率三角形可以看出,要提高功率因数(降低角θ),就需要降低无功功率。
这就是功率因数校正电容器的由来——它们产生无功功率,因此减少了电机需要的无功功率。最终的结果是更高的功率因数。
功率因数校正电容器可以是固定的或自动切换的。固定功率因数校正电容器通常安装在单独的电机或电机组。这些电容在电机打开时是开的(在电机关闭时是关的),这避免了在电机不需要无功功率时在系统上有电容。
自动开关电容器用于集中电容器组,通常安装在设施的公用电源入口。这些电容器提供不同数量的功率因数校正,以解决整个设施。
提高交流感应电动机功率因数的另一种方法是在电动机上安装变频驱动.变频器中的直流母线电容向电机提供必要的无功功率,以感应转子的磁场,因此交流电源线只提供实际功率,这意味着所有(或几乎所有)提供的功率都用于有用的工作。
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