提高发电机功率因数的目的、原理和方法

摘要：功率因数是柴油发电机组供电系统中的一个关键参数，它直接关系到能源的利用效率。在交流电路中，功率因数描述了有功功率与视在功率的比值，体现了电能转换的效率。而提高功率因数的目的是为了更充分利用柴油发电机组的容量，使同样的柴油发电机组为更多的用电负载供电，同时尽量减少供电线路上的电压降和能量损耗。康明斯公司在本文中介绍了功率因数在柴油发电机组使用中的重要性，探讨了影响功率因数的因素，并提出了多种提高功率因数的方法。

一、提高功率因数的原因和意义

1、提高功率因素的必要性

（1）供电能力

对于柴油发电机组中的供电部分，提供电能的发电机是按要求的额定电压和额定电流设计的，发电机长期运行中，电压和电流都不能超过额定值，否则会缩短其使用寿命，甚至损坏发电机。由于发电机是通过额定电流与额定电压之积定额的，这意味着当其接入负载为电阻时，理论上发电机得到完全的利用，因为P=U*Icosφ中的cosφ=1；但是当负载为干性或容性时，cosφ<1，发电机就得不到充分利用。为了较大程度利用发电机的容量，就必须提高其功率因数。

（2）输电能力

对于柴油发电机组中的输电部分，输电线上的损耗：PI=RI*|，负载吸收的平均功率：P.=V*I*cosφ，因为l=P.V/cosφ，所以PI=R*P.N/cosφ（V是负载端电压的有效值）。由以上式可以看出，在V和P都不变的情况下，提高功率因数cosφ会降低输电线上的功率损耗。

2、提高功率因素的意义

在实际应用中，提高功率因数意味着：

（1）提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这就有利于安全生产。

（2）可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。例如：当cosφ=0.5时的损耗是cosφ=1时的4倍。

（3）能提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力。

（4）可减少线路的功率损失，提高电网输电效率。

（5）因发电机的发电容量的限定，故提高cosφ也就使发电机能多出有功功率。在实际用电过程中，提高负载的功率因数是较有效地提高电力资源利用率的方式。

负载与发电机功率因素四象限示意图

二、影响功率因数的因素

1、非线性负载

      随着大量非线性负载（如LED照明、开关电源等）的应用，它们产生的谐波会影响功率因数。

2、无功功率

      无功功率的存在会导致电流与电压之间的相位偏移，从而降低功率因数。

3、电动机类的设备

      这些设备在运行过程中，由于其电感特性，会产生无功功率，影响功率因数。

      根据上述影响因素的描述，企业或单位应定期检查其供电和用电设备的功率因数，对于不满足要求的设备进行维护或更换。同时在考虑采用新技术或设备来提高功率因数时，要进行全面的投资回报分析。

三、提高功率因数的方法

      提高功率因数的方法可分为自然调整法和采用人工补偿两种方法：

1、自然调整法

（1）恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。

（2）对平均负荷小于其额定容量40%左右的轻载电动机，可将线圈改为三角形接法（或自动转换）。

（3）避免电机或设备空载运行。

（4）合理配置柴油发电机组，准确地选择其容量。

（5）调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。

（6）改善配电线路布局，避免曲折迂回。

2、人工补偿法

实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用电力电容器补偿无功，即在感性负载上并联电容器。

（1）工作原理

在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。

在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90°，而纯电容的电流则超前于电压90°，电容中的电流与电感中的电流相差180°，能相互抵消。

柴油发电机组中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。

（2）并联电容器的补偿方法

① 个别补偿。

      即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。适合用于低压网络，优点是补偿效果好，缺点是电容器利用率低。

② 分组补偿。

      即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。

优点是电容器利用率较高且补偿效果也较理想（比较折中）。

③ 集中补偿。

      即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上。在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量按配电所的总无功负荷来选择。优点：是电容器利用率高，能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。缺点：不能减少用户内部配电网络的无功负荷。

      实际中上述方法可同时使用。对较大容量发电机组进行就地无功补偿。

总结：

      在现今可用资源接近匮乏的情况下，除了尽快开发新能源外，更好利用现有资源是我们解决燃眉之急的唯一办法。而对于目前人类所大量使用和无比依赖的电能使用，功率因数将是重中之重。提高功率因数的方法很多，其中，合理选用用电设备及其运行方式是成本较低的。例如：尽量减少变压器和电动机的浮装容量，减少大马拉小车现象；调整负荷，提高设备的利用率，减少空载、轻载运行的设备；对负载有变化且经常处于轻载运行状态的电动机，采用△-Y自动切换方式运行。