提高功率因数的方法及其优缺点

提高功率因数的方法

以下装置和设备用于提高功率因数。

1. 静电电容
2. 同步冷凝器
3. 相位推进器

1.静电电容

我们知道，大多数行业和电力系统负载都是电感性的，它们会吸收滞后电流，从而降低系统功率因数（请参阅低功率因数的缺点）。为了提高功率因数，静态电容与那些工作在低功率因数的器件并联。

这些静态电容器提供超前电流，以中和（完全或近似）负载电流的滞后电感分量（即超前分量中和或消除负载电流的滞后分量），从而提高负载电路的功率因数。

这些电容器安装在感应电机和变压器等大电感负载附近，提高负载电路的功率因数，以提高系统或设计效率。

假设，这里有一个单相感性负载，它取滞后电流（I），负载功率因数为 Cosθ，如图 1 所示。

在图 2 中，电容器 (C) 与负载并联。现在电流 (Ic) 流过与电源电压相差 90° 的电容器（请注意，电容器提供超前电流，即在纯电容电路中，电流与电源电压相差 90°，换句话说，电压为 90°滞后于当前）。负载电流为 (I)。 (I) 和 (Ic) 的向量组合是 (I')，它滞后于 θ2 处的电压，如图 3 所示。

从图 3 可以看出，θ2 <θ1 的角度，即 θ2 的角度小于 θ2 的角度。因此 Cosθ2 小于 Cosθ1 (Cosθ2> Cosθ1)。因此负载功率因数通过电容器得到改善。

另请注意，在功率因数改善后，电路电流将小于来自低功率因数的电路电流。此外，在功率因数改善之前和之后，该电路中电流的有源分量将相同，因为电容器仅消除了电流的无功分量。此外，功率因数改善前后的有功功率（以瓦特为单位）相同。

优点：

• 与其他提高功率因数的方法相比，电容器组具有多项优势。
• 静态电容器的损耗很低
• 没有移动部件，因此需要低维护
• 可在正常条件下（即普通大气条件）工作
• 安装不需要地基
• 它们很轻，因此很容易安装

缺点：

• 静态电容器组的使用年限更短（8-10 年）
• 随着负载的变化，我们必须打开或关闭电容器组，这会导致系统出现开关浪涌
• 如果额定电压升高，则会对其造成损坏
• 一旦电容器损坏，维修成本很高

2。同步冷凝器

当同步电机在空载运行并过度退出时，它被称为同步冷凝器。每当同步电机过励时，它就会提供超前电流并像电容器一样工作。

当同步电容器跨电源电压（并联）连接时，它会吸收超前电流并部分消除无功分量，从而提高功率因数。大型行业一般采用同步调压器来提高功率因数。

优点：

• 使用寿命长（将近 25 年）
• 高可靠性
• 功率因数无级调节。
• 不产生维护谐波
• 故障轻松排除
• 不受谐波影响。
• 需要低维护（只需要定期润滑轴承）

缺点：

• 价格昂贵（维护成本也很高），因此主要由大型电力用户使用。
• 此操作必须使用辅助设备，因为同步电机没有自启动转矩
• 它会产生噪音

3.相位推进器

进相器是一个简单的交流励磁器，它连接在电机的主轴上，与电机的转子电路一起工作，以提高功率因数。工业中用于提高感应电机功率因数的进相器。

由于感应电机的定子绕组使滞后电流与电压相位相差 90°，因此感应电机的功率因数较低。如果励磁安匝由外部交流电源励磁，则励磁电流不会对定子绕组产生影响。因此感应电动机的功率因数将得到改善。这个过程是由阶段推进器完成的。

优点：

• 由于励磁安匝以转差频率 (fs) 提供，因此电机消耗的滞后 kVAR（功率或无功功率的无功分量）被充分降低。
• 在不能使用同步电机的情况下，可以轻松使用相位超前器

缺点：

• 对于低于 200 H.P. 的电机，使用相位提前器是不经济的。 （约 150kW）

单相和三相星形和三角形连接的功率因数改进

通过在 (1) 中连接电容器组来改善三相系统的功率因数。三角连接 (2)。星联）

单相和三相星三角连接的功率因数改善

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