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什么是功率因数？

在工业企业中，电动机、变压器等用电设备都具有电感特性，它们工作时既要从电网吸收有功功率用于做功，还要从电网吸收无功功率建立磁场。功率因数cosΦ就是反映总电功率中有功功率所占的比例大小，即有功功率与视在功率的比值，是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数越接近于1，说明其消耗的无功电量越少，电力有效利用程度越高；相反，功率因数越低，则消耗的无功电量越多，电力没有得到充分有效的利用。

有功功率P、无功功率Q与视在功率S的关系如下所示 ↓

• Q=无功功率，P=有功功率，S=全功率（也称为视在功率）
• 电机的功率因数：表示本台电机可以将电网中%的能量输入给电机作为电机的输入功率。
• 电机的效率=电机的输出功率/电机的输入功率，表示电机可以将电能转换为机械能的能力。
• 功率因数和效率之间没有线性的关系，只是功率因数会影响电机的效率。比如在设计一台电机时，电机的功率因数很小，电机的输入电压如380V是确定的会导致输入电流变大，输入电流变大会导致电机线圈发热量增加，电机的效率会降低。
详细的概念解释：
• 有功功率又叫平均功率。交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，对电动机来说是指它的出力，以字母P表示。单位一般叫做千瓦（KW）
• 无功功率：在具有电感（或电容）的电路里，电感（或电容）在半周期的时间里把电源的能量变成磁场（或电场）的能量贮存起来，在另外半周期的时间里又把贮存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的振幅值叫做无功功率，以字母Q表示，单位干乏（kvar即无功千伏安或无效千伏安）。
• 视在功率：在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫视在功率，以字母S或符号P表示，单位为千伏安（KVA）。
由此可知用电设备的有功功率不仅随电压与电流的大小变化，而且也随电压与电流之间的相位差而变化。当电路中有功功率恒定时，无功需要量越大，其视在功率也就越大，而为满足用电设备的需要，势必要增大变压器及线路的容量。这样不仅增加了投资，而且增大了设备和线路的损耗，浪费了电力。另外无功功率需要量的增大，还使变压器及线路的电压损失增大，劣化电能质量，为此，必须提高功率因数，才能减少无功损耗。

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提高功率因数的措施

• 提高自然功率因数
一般来说，工矿企业无功功率中，异步电动机要占60%以上，电力变压器要占20%左右，因此，电力系统的自然功率因数是滞后且小于1的。要想提高系统的功率因数，就要设法改善异步电动机和电力变压器运行工况，以利于提高自然功率因数。提高自然功率因数的措施主要有以下几种：
①合理选用异步电动机。异步电动机在额定负载(功率)时的功率因数为0.85~0.9，而在空载时的功率因数仅为0.2~0.3。空载或轻载时的效率肯定也要降低。因此，应根据负荷特性和运行工况，合理选择异步电动机的容量，使其在高效率、高功率因数范围内工作。
工矿企业中异步电动机使用数量很多，而且在选择时总希望电动机有较大的裕量，很多情况下形成了 “大马拉小车” 的现象。这是造成工业企业功率因数低的重要原因之一。可以对负荷不足的异步电动机，用钳形电流表测量电流或利用测绘负荷曲线的方法确定适当的电动机容量，而后以小容量电动机代替之。用小容量电动机代替负荷不足的大容量电动机，一般可使功率因数提高20%左右；一般电动机负荷高于70%左右时可以不换，当电动机负荷低于40%时，应对节能效果进行考核后合理更换。

② 轻负荷电动机降压运行。轻负荷电动机降压运行可以降低其无功功率的需要量，从而提高了供电系统的功率因数。当然，降压运行也使电动机的输出转矩减小，这一点必须充分考虑到。一般认为，电动机负荷系数在0.45以下时。可将正常运行时为△接线的电动机改为Y形接线更为合理，从而使功率因数及效率都会有所提高。
③电力变压器的合理运行。电力变压器不宜轻载运行，因为变压器一次侧的功率因数不仅与负荷的功率因数有关，而且与负荷率有关。若变压器满载运行时，一次侧的功率因数仅比二次侧低3%~5%；若变压器轻载运行，当负荷率小于0.6时，一次侧的功率因数将显著下降，可达11%~18%。所以，电力变压器在负荷率0.6以上运行时才较为经济，一般在75%~80%比较合适。为了充分利用设备和提高功率因数，电力变压器不作轻载运行。变压器负荷率小于30%时，应更换容量较小的变压器。
④合理安排和调整工艺流程。合理安排和调整工艺流程，以改变电动机设备的运行状况，限制电焊机和机床电动机的空载运转，即采用空载自动延时断电装置。
⑤ 异步电动机同步化运行。对于负荷率不大于0.7及Zui大负荷不大于90%的绕线式异步电动机，必要时使其同步化运行，即当绕线式异步电动机在启动完毕后，向转子三相绕组输入直流励磁，即产生转矩把异步电动机转入同步运行，其运行状态与同步电动机相似，在励磁过剩的情况下，电动机可向电网输送无功功率，从而达到提高功率因数的目的。
• 提高功率因数的补偿法
所谓补偿法，就是采用无功功率的设备来补偿用电设备所需的无功功率，以提高功率因数。采用补偿法，无疑需要增添补偿设备。所以从整体来看，应首先采用提高自然功率因数的方法，但当功率因数达不到供电部门或设计规范要求时，则需采用专门的补偿设备进行补偿。常用的补偿无功功率方法有：采用并联电容器，选用同步电动机，采用同步调相机等。