提高功率因数的必要性及其方法

学号：20070601050109密级：_______________兰州城市学院本科毕业论文提高功率因数的必要性及其方法学院名称：培黎工程技术学院专业名称：物理学学生姓名：景国瑞指导教师：陈丽讲师二○一一年四月BACHELOR'SDEGREETHESISOFLANZHOUCITYUNIVERSITYTheNecessityofImprovingPowerFactoranditsMethodsCollege:SchoolofBelieEngineering&TechnologySubject:PhysicsName:JingGuo-ruiDirectedby:ChenLiLecturerApril2011I郑重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名：日期：II摘要根据功率因数的特性，论文描述了电力系统在低功率因数状态下的不利表现，如线路的电流、铜损较大，发电设备的容量不能充分利用，增加了线路、发电机绕组的功率损耗和加大了投资等。同时对低功率因数产生的主要原因进行了分析，励磁电流，感应电动机、气体放电灯和修理过的电动机的使用都可降低功率因数。阐述了功率因数与经济效益的关系。分析了提高功率因数对降低生产成本、改善设备的利用率，减少线路的压降和提高电力网的传输能力、增加经济效益的重大意义。研究和分析得出了提高自然功率因数的方法和提高功率因数的人工补偿方法，人工补偿方法可分为应用移相电容器、采用同步电动机和采用同步调相机三种方法,同时人工补偿装置又可分为同步补偿和静止补偿。关键词:功率因数；提高；经济效益；方法IIIABSTRACTForthefeaturesofpowerfactor,iftheelectricsysteminastateoflowpowerfactor,thelossofelectriccircuitandcopperwouldbecomeheavier.Thecapacityofgeneratingequipmentcouldn`tbeusedwell,whichmadethepowerfactorofelectriccircuitandgenerator`swindinginaheavyloss.Allofthiscouldacceleratetheinvestment.Therefore,thecurrentthesismainlyanalysesthemainreasonswhichcouldcauselowpowerfactor,suchastheexcitingcurrent.asynchronousmotor,gasdischargelampandtheuseofrepairedmotor,allofthesecouldlowerthepowerfactor.thethesisalsoaimsatdescribingtherelationbetweenpowerfactorandeconomicefficiently.Toanalysesthesignificancesofraisingthepowerfactor.Itcanreducetheproductioncostsandimprovetheutilizationrateoftheelectricequipment.Itcanalsoreducethepressuredropoftheelectriccircuitandimprovethetransmissioncapabilityofthepowernetwork,toimprovetheeconomicreturnsfinally.Thepapertriestoanalysesthewaysandpotentiometermethodtoraisethenaturalpowerfactor,Andthelaborcompensationmethodalsocanbedividedintotheapplicationofthecapacitor,theapplicationofsynchronousmotorandsynchronouscondenser,orsynchronouscompensationandstaticcompensation.Keywords:powerfactor;improve;economicbenefits;methodsIV目录第1章引言..............................................................11.1研究背景...........................................................11.2本课题的研究内容..................................................1第2章低功率因数的不利表现及其产生的原因......................22.1电力网络的功率因数................................................22.2低功率因数的不利表现..............................................22.2.1线路的电流大.................................................22.2.2线路的铜损大.................................................32.2.3发电设备的容量不能充分利用.................................32.2.4增加线路和发电机绕组的功率损耗.............................32.2.5投资高........................................................32.3低功率因数产生的主要原因.........................................42.3.1励磁电流的影响...............................................42.3.2感应电动机的使用.............................................42.3.3气体放电灯的使用.............................................42.3.4修理过的电动机的使用........................................5第3章提高功率因数的必要性及其方法..............................53.1提高功率因数的必要性..............................................53.1.1能够减少投资、改善设备的利用率.............................53.1.2可以减少线路压降、改善电压质量.............................53.1.3能够提高电力网的传输能力、增加经济效益....................63.2提高功率因数的方法................................................63.2.1提高自然功率因数的方法......................................73.2.2提高功率因数的补偿方法.....................................10结论......................................................................13参考文献.................................................................14致谢......................................................................151第1章引言1.1研究背景随着经济的日益发展,电力需求不断提高,伴随而来的突出问题是能源无效的巨大消耗,资源利用率低下。电力系统是一庞大的系统,其电能损耗的数值相当可观,能源的合理配置是极需解决的问题。功率因数是决定发、供电系统经济效益的一个极为重要的因素,它直接反映了系统中有功功率与无功功率的分配。对于发、供电系统来说,对负荷不但要求有高的负荷率,而且也要求有高的功率因数。在供电系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性（诸如：感应电动机、电力变压器，电焊机等）。这些设备不仅需要从电力系统吸收有功功率，还要吸收无功功率以提供这些设备正常工作所需要的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低供电系统的功率因数。因此，功率因数是衡量供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标，而如何改善功率因数是要探讨的课题。1.2课题的研究内容本论文首先讨论了低功率因数对电网系统的不利表现，在低功率因数状态下，可造成线路的电流、铜损较大；发电设备的容量不能充分利用和线路、发电机绕组的功率损耗的增加，增大了投资等不利表现。接着分析了低功率因数产生的主要原因。在此基础上，着重研究和分析得出了提高自然功率因数的方法和提高功率因数的人工补偿方法，根据不同的情况应采取相应的措施。最后分析讨论了提高功率因数对电网系统的必要性，如提高功率因数可减少投资、改善设备的利用率，减少线路的压降和提高电力网的传输能力、增加经济效益等重大意义。提高功率因数对能源的有效利用和人类的可持续发展起到了促进作用。2第2章低功率因数的不利表现及其产生的原因2.1电力网络的功率因数电力网络除了要负担用电负荷的有功功率P，还要负担负荷的无功功率Q、有功功率P、无功功率Q和视在功率S之间存在下述关系：22SPQ（1）而P与S之比即:cosPS（2）被定义为电力网络的功率因数，其物理意义是线路的视在功率S供给有功功率的消耗所占百分数。在电力网的运行中，电源供给负载的总功率中，由于存在着有功功率做功，无功功率不做功，在相同数值的视在功率的情况下，如果做功越多，表明有功功率占的比重就越大，能量利用率就越高。我们所希望的是功率因数越大越好，如能做到这一点，则电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，以减少无功功率的消耗。2.2低功率因数的不利表现2.2.1线路的电流大对于一个给定的负荷，当供电电压一定时，则功率因数越低，电流就越大，因为：3cosPIcU（3）式中:P为用电负荷的有功负荷；U为线电压。可见，供电电流cI与功率因数成反比。发电机与变压器的额定容量都是正比于其输出电流，从而也就反比于功率因数，所以，在供出同样功率的条件下，电压一定时，功率因数越低，则要求发电机与变压器的容量也就越大，因此，发电机与变压器的投资也就越高。对电力系统的发电、变电和配电设备来说，功率因数降低，无功功率增大，无功电流亦显著增大，对发电设备来说，无功电流增大，将导致其转子的去磁效应增加，电压降低。过度增加激磁电流，使转子绕组的温升超过的允许值，另外，3原动机的出力是以有功功率来衡量的，当发电机发出的视在功率一定时，功率因数的降低将使原动机的出力相应降低。2.2.2线路的铜损大线路铜损公式如下:23 310()PIRkwc（4）把(3)代入其中就得到下式:232223222 3103cos101()coscosPPRUPPRkwKU（5）