增加正弦电流电路中的功率因数

大多数现代电能消费者都具有负载的电感特性，其电流滞后于电源电压。所以对于感应电机， 变形金刚, 焊接机 需要其他无功电流来在电机中产生旋转磁场并在变压器中产生交变磁通量。

在给定的电流和电压值下，此类用电器的有功功率取决于 cosφ：

P = UCosφ, I = P / UCosφ

功率因数降低导致电流增加。

余弦φ 特别是在电动机和变压器空转或重载时，它会大大降低。如果网络有无功电流，发电机、变电站和网络的功率没有得到充分利用。随着 cosφ 减小，它们显着增加 能量损失 用于电气设备的加热线和线圈。

例如，如果有功功率保持不变，则在 cosφ = 1 时提供 100 A 的电流，然后随着 cosφ 减小到 0.8 和相同的功率，网络中的电流增加 1.25 倍（I = Inetwork x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

热网电线损耗 发电机（变压器）的绕组 Pload = I2nets x Rnets 与电流的平方成正比，即增加 1.252 = 1.56 倍。

在 cosφ= 0.5 时，具有相同有功功率的网络中的电流等于 100 / 0.5 = 200 A，网络中的损耗增加 4 倍（！）。它在增长 网络电压损失扰乱其他用户的正常操作。

在所有情况下，用户的电表报告每单位时间消耗的有功电能相同，但在第二种情况下，发电机为网络提供的电流比第一种情况大 2 倍。发电机负载（热模式）不是由消费者的有功功率决定的，而是由以千伏安为单位的总功率决定的，即电压的乘积 安培数流过线圈。

如果我们表示线路 Rl 的导线电阻，则其中的功率损耗可以确定如下：

因此，用户越大，线路中的功率损耗越小，输电越便宜。

功率因数显示电源的额定功率是如何使用的。因此，要在 φ= 0.5 时为接收器提供 1000 kW 的功率，发电机功率应为 S = P / cosφ = 1000 / 0.5 = 2000 kVA，并且在 cosφ = 1 C = 1000 kVA 时。

因此，提高功率因数可以提高发电机的电能利用率。

为了提高功率因数 (cosφ)，使用电气装置 无功补偿.

提高功率因数（减小角度 φ — 电流和电压的相移）可以通过以下方式实现：

1）用低功率发动机更换轻载发动机，

2）欠压

3）空转电机和变压器的断开，

4) 在网络中加入特殊的补偿装置，它们是超前（电容）电流的发生器。

为此，同步补偿器——同步过励磁电动机——专门安装在强大的区域变电站中。

同步补偿器

为了提高发电厂的效率，最常用的电容器组与感性负载并联（图 2a）。

米。 2 无功补偿电容器投切：a——电路图，b、c——矢量图

为了补偿高达数百 kVA 的电气装置中的 cosφ，它们被使用 余弦电容… 它们适用于 0.22 至 10 kV 的电压。

将 cosφ 从现有值 cosφ1 增加到所需的 cosφ2 所需的电容器容量可以从图中确定（图 2 b、c）。

在构造矢量图时，将源电压矢量作为初始矢量。如果负载是感性的，则电流矢量Az1滞后于电压矢量的角度φ1Aza与电压方向重合，电流Azp的无功分量滞后它90°（图2b）。

将电容器组连接到用户后，电流 Az 被确定为矢量 Az1 和 Az°C 的几何和...在这种情况下，电容电流矢量超前电压矢量 90°（图 2，c） .这显示了矢量图 φ2 < φ1，即电容器接通后，功率因数从cosφ1增加到cosφ2

电容器的容量可以使用电流矢量图计算（图 2c） Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

鉴于 P = UI，我们写出电容器的电容 C = (I / ωU) NS (tgφ1 - tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 - tgφ2)。

实际上，功率因数通常不会增加到 1.0，而是增加到 0.90 - 0.95，因为完全补偿需要额外安装电容器，这在经济上通常是不合理的。