提高功率因数的实用技巧

提高功率因数的途径主要在于如何减少电力系统中各个部分所需的无功功率，使电力系统在输送一定的有功功率时可降低其中通过的无功电流。

提高功率因数的方法很多，可分为两大类，即提高自然功率因数的方法和功率因数的人工补偿法。

1.提高自然功率因数的方法

不加任何补偿设备，采取措施减少供电系统中无功功率的需要量，称为提高自然功率因数。

据统计，工业企业中消耗的无功功率，感应电动机约占70%，各种变压器约占20%，供电线路和其他用电设备约占10%。可见，工业企业的无功功率主要消耗在感应电动机和变压器中，因此，要提高自然功率因数，通常可采取以下措施：

（1）正确选用感应电动机的型号和容量　感应电动机的功率因数和效率在70%至满载运行时较高，在额定负荷时的功率因数约为0.85～0.9，而在空载时功率因数只有0.2～0.3。因此，正确选用感应电动机使其额定容量与它所拖动的负荷相匹配，避免不合理的运行方式，对于改善功率因数是十分重要的。

为了避免“大马拉小车”的不合理运行方式，用小容量的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%～25%。由于大容量电动机的效率比小容量电动机高，所以更换后合理与否应根据总的有功功率损耗减少为准。一般而言，当电动机的负荷系数时，可以不换；当电动机的负荷系数时，必须换小容量电动机；当电动机的负荷系数时，则需经过技术经济比较后再进行更换。

如果一时无适当的小容量电动机可供更换，可采用降低外加电压的办法来提高功率因数。因为降低电压就降低了感应电动机的无功功率需要量，从而可提高系统的功率因数。最简单的降低电压的办法是采用“△-Y”换接法，即将正常运行时定子绕组为三角形联结的电动机，在负荷较低时改接为星形。但是，降低外加电压后，电动机的输出转矩也随之减小，所以只适用于轻载起动和轻载运行的感应电动机。

（2）限制感应电动机的空载运行　合理安排和调整生产工艺流程，改善电动机的运行状况，限制电焊机和机床电动机的空载运转（可采用空载自动延时断电装置），对减少无功功率消耗、提高功率因数有很大意义。

（3）提高感应电动机的检修质量　检修感应电动机时，应严格按照电动机的各项额定数据进行，否则，电动机可能因为检修质量不高，增加了无功功率的需要量，使功率因数降低。如减少定子绕组的匝数、增大定子与转子之间的气隙等，都会引起电动机的励磁电流增加，导致企业的自然功率因数降低。

（4）合理使用变压器　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，一次侧功率因数仅比二次侧降低3%～5%；若变压器轻载运行，当负荷率小于0.6时，一次侧功率因数就显著下降，可达11%～18%。所以变压器的负荷率在0.6以上运行时才较经济，一般应在75%～80%比较合适。因此，为了充分利用设备和提高功率因数，变压器不宜作轻载运行。但由于工厂中变压器数量较少，品种不多，不像感应电动机那样容易得到更换，而新购买一台又需增加较多投资，所以，一般当变压器的负荷系数时，才考虑更换小容量的变压器。

（5）感应电动机同步化运行　对不要求调速的生产工艺过程，可用同步电动机代替感应电动机，采用晶闸管整流电源励磁，根据电网功率因数的高低自动调节同步电动机的励磁电流。当电网功率因数较低时，使同步电动机运行在过励磁状态，同步电动机向电网输送无功功率，从而达到提高企业功率因数的目的。

2.提高功率因数的补偿法

用户在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、采用提高自然功率因数的措施后仍不能达到规定的功率因数要求时，必须考虑装设无功补偿设备对功率因数进行人工补偿。根据补偿的无功功率性质，可分为稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设备两大类。(www.xing528.com)

（1）稳态无功功率补偿设备　稳态无功功率补偿设备主要有同步补偿机和并联电容器。

同步补偿机是一种专用来无功补偿的空载运行的同步电动机，通过调节其励磁电流可以起到补偿系统无功功率的作用。由于它为旋转机械，安装和运行维修都相当复杂，所以在企业供配电系统中很少应用。

并联电容器是一种专用来无功补偿的电力电容器。它与同步补偿机相比，因无旋转部分，具有安装简单、运行维护方便、有功功率损耗小及组装灵活、扩充方便等优点，因此是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿设备。电容器补偿的缺点是只能有级调节，不能随负荷的变化进行连续平滑的自动调节。

并联电容器一般都采用自动调节控制方式，通常称为“无功自动补偿装置”，它能按系统无功功率的变动随时自动补偿。高压电容器由于采用自动补偿时对电容器组回路切换元件的要求较高，价格较贵，而且维护检修比较困难，因此当补偿效果相同时，宜优先选用低压无功自动补偿装置。

无功自动补偿装置根据电容器自动投切的条件不同，可分为以四种控制方式。

1）按昼夜时间划分进行控制：是根据全天（24h）无功负荷的变化曲线，按时间程序投入或切除补偿电容器的。这种方法具有控制设备简单、操作方便等特点，并可以防止无功功率倒送向电网，但由于它是以时间作为调节依据的，因此仅适用于负荷比较稳定、无功负荷变化有规律的场合。

2）按母线电压的高低进行控制：是按母线电压的高低自动投入或切除补偿电容器的。由于电容器投入则电压升高，切除则电压降低，因此，它的起动元件采用的是低电压和过电压两个继电器，当母线电压低于低电压继电器的整定值时，电容器自动投入；当母线电压高于过电压继电器的整定值时，电容器自动切除。但是电压的高低不仅与用户安装电容器处的负荷大小有关，还与地区变电所或企业总降压变电所的调压措施等因素有关，因此，要想使电压偏移维持在某一水平，只靠电容器的投入和切除显然是不够的，必须综合考虑以上因素。

3）按无功功率的大小进行控制：是通过检测无功功率，根据无功功率的变化来自动投入或切除补偿电容器的。它的起动元件是一个无功功率检测器，当无功检测器测出的无功功率值大于上限给定值时，电容器自动投入；反之，当无功检测器测出的无功功率值小于下限给定值时，电容器自动切除。而无功功率的上、下限值是按满足系统功率因数规定值整定的，因此，这样就能够调节系统的功率因数满足一定的要求。

4）按功率因数的大小进行控制：是通过检测电网的功率因数，根据功率因数的变化来自动投入或切除补偿电容器的。它的起动元件是一个相位检测器，通过检测一个线电压和一个线电流的相位来得出系统当前的功率因数值，若此功率因数值小于下限给定值，电容器自动投入；反之，若此功率因数值大于上限给定值，则电容器自动切除。

（2）动态无功功率补偿设备　动态无功功率补偿设备用于急剧变动的冲击负荷，如炼钢电弧炉、轧钢机等的无功功率补偿。

动态无功功率补偿设备又称为“静止型无功功率自动补偿装置”，简称“静补装置”（SVC），具有响应速度快、平滑调节性能好、补偿效率高、维修方便及谐波、噪声、损耗均小等优点，因此应用越来越广泛。所谓“静止”，就是它不同于同步调相机，其主要元件是不旋转的。它具有电力电容器的结构特点，又具有同步调相机良好的调节特性。

静止型无功功率自动补偿装置由可控的可调电抗器与电容器并联组成，电容器可发出无功功率，可控电抗器可吸收无功功率。它可以迅速地按照负荷的变动情况改变无功功率的大小和方向，调节或稳定系统的运行电压，尤其适用于冲击性负荷的无功补偿。