LED产品的光效电功效率和功率因数
作者：spring 发布时间：2012-5-17 14:48:59 文章来源：LED产品的光效电功效率和功率因数
一、前言
白色LED的发光效率在不断提高，超过100lm/W(与高效荧光灯相当)的产品也已亮相。在照明器具上使用白色LED，由于照明灯具的电源适配器、灯光反射板及透镜等的损失，通常会使灯具效率低于单纯LED光源的效率，但最近已经出现号称器具效率达到100lm/W的LED照明器具。
那白色LED今后会实现何种程度的亮度，又会具备哪些特性?必须研究购买适当的LED颗粒;必须研究灯具的总光效达到标准;必须研究尽量低的成本与尽量高的电功效率的制约;注意美国和欧盟对LED的PF值宽容的立场;推介一些切实可行的LED灯实例。
二、LED的光效日益提升是时代进步的必然
基于白色LED的蓝色LED芯片的能量转换效率(输出光能量与输入功率的比)现在已经达到了50%。但能量转换效率不可能超过100%，因为存在物理极限。就像半导体存储器在集成度的提高上存在极限一样，能量转换效率及白色LED的发光效率今后也不可能一直提高下去。较为合理的看法是LED产品发光效率会在150-200lm/W之间，有较好的性价比。
今后重要的是如何在LED升温合理范围内保持高的发光效率。LED存在向芯片输入的电流密度越高，发光效率反而出现衰退(Droop)现象。虽然衰退现象无法消除，但却可以减轻。衰退现象减轻了，在提高电流密度时亮度就会更高，也就是说，这样便可使相同亮度(光通量)时需要的LED芯片数量尽量少。即：如果原来使用了大量LED芯片，今后便可利用较少的LED芯片数量保持获得相同的光通量。
LED芯片的单位面积亮度(光通量)越高，亮度单价就越低，白色LED的成本竞争力也就越强。能否提高这一成本竞争力，关键要看LED厂商的创新专利技术竞争力如何。光衰现象越少，成本竞争力就会越高。因为减少LED芯片的面积可降低芯片的成本，而且对顾客也有好处。能够增加每个白色LED输入电流的话，便可提高每个LED的亮度，因此可使照明器具及LED背照灯光源使用的白色LED个数减少。
成本降低的话，对LED背照灯液晶电视及LED照明器具来讲的确是节能福音;LED成本降低也是时代进步之必然;LED价格由批量与光效所制约，所以LED
灯产业是一个系统工程，需优化然后产业化。
注意LED的性价比
人为提升LED工作环境温度，导致LED光衰加大、寿命减短，这也是加速测试LED寿命对比的方法之一。
把LED灯置于“积分光球”内腔，测出LED发出的“光通量”单位，流明(LM)。即作为分子与LED的电功率(单位/瓦)之比，就是LED的光效。
LED生产厂家，出厂前筛选出光效处于不同档次的LED产品，对应不同的价格。这是一分钱一分货的道理。如果你做LED灯只要亮、不用达标的话，就选用低价位低光效的LED产品。如果做的LED产品要达到美国能源之星每瓦55流明的标准，则至少要采购每瓦80流明( LM)的LED。LED本体光效每瓦流明，乘以“灯具的光效”(大约0.9至0.9左右)，再乘以“灯电源适配器的电功效率”(大约0.8至0.9左右)，估算出达标每瓦55流明以上的LED灯，要采购LED 本体光效大约每瓦80流明的LED成本就合适了。
三、提升电功效率标志节能
前述LED灯电源适配器的电功效率，是LED实际得到的功率，与消
耗输入电源功率之比，称为电功效率，常用拉丁字母来表示。
损耗功率的大部分，是电源适配器本身发热耗电，小部分是电磁干扰(EMC)消耗掉。电力电子工程师的使命就是力求把减小，努力提升电功效率。
国际上一般认为达到0.8 以上才拿得出手，超过0.85才是好产品，而超过0.90才被认为是节能产品。
再一步深入探讨，它的主要组成有以下要点;
1、电源适配器产品内部集成电路的工作需耗电
选用微功耗的集成电路是第一关。所以，选择节能的低功耗的集成电路是至关重要的。无IC的自激式也是小功率LED灯优选拓扑之一。
2、电力电子开关工作时消耗功率
其中导通损耗
式中:是开关管的电流的时间函数，是开关管的电压的时间函数，式中T是开关的周期。
提升电功效率节能措施
(1)尽量设计高压小电流负载，比低电压大电流负载为好，选用饱和导通内阻较小的开关管为好。
(2)最好的开关管是COOLMOSFET，同电压等级、同电流条件下，COOLMOSFET内阻比传统MOSFET内阻小得多。其次是IGBT。在频率不太高，开关功率不太大，可用低成本的双极型半导体开关管。
(3)必须让开关管处于“非通、则断”的开关状况，切忌让开关管落入放大区工作，在放大区的开关管损耗很大!电力电子开关管在放大区之外的两个区：截止
区(OFF)有，无电流，因为零，无发烧;饱和区(ON)有，但电压很小，也不发烧。
驱动损耗??电力电子开关管的驱动信号功率
对于双极型晶体管而言，驱动功率较大的内因是大电流开关工作状态时的电流放大倍数，远小于参数表格中小信号放大倍数，所以基极驱动电流较大。
如果工作频率固定，还可以用“谐振驱动”，利用谐振回路LC的“品质因数Q”，具有放大的作用，能够最大限度降低驱动信号功率。但如果不是固定频率则不可以用揩振驱动，这时可以使用“源极开关驱动”方式来实现微功耗驱动。例如：
QX9910等都是优秀的微功耗驱动IC，一下子把上述和大幅度降低了。
开关损耗
硬开关过程;从OFF?ON或从ON?OFF，实际上开关管工作点都掠过“放大区”才到达“截止区OFF”或者到达“饱和区ON”，就在“掠过”开关区的短时间内，是存在开关损耗的;
软开关过程;上述表达式中，或任为一零，其乘积必为零，这就是“软开关”
的物理内涵。有两个原则作为设计技巧使用：电子开关“串联电感”，由于电感电流不可以突变，电子开关必然是ZCS零电流导通软开关;电子开关“并联电容”，由于电容电压不可以突变，电子开关必然是ZVS零电压截止软开关。
铁损与铜损
开关电源的铁损，是磁性材料磁化回线所包围的面积，正比例于铁损，磁性材料内部“磁畴”发生的“磁滞损耗”及“涡流损耗”，所以选择磁性材料的磁化回线所包围的面积愈小愈好，愈接近于矩形的小面积“矩形磁化回线”愈好。
开关电源的铜损，来自导线的直流电阻损耗，以及高频“趋肤效应”的高频损耗，所以用多股绝缘的导线(又称李兹线)铜单根导线绕组，可以有效降低高频损耗。
过去设计硅钢片的大型工频电力变压器，需考虑体积、重量和性价比。有一个经验之谈，就是选择各参数优化到“铁损等于损”时，工频电力变压器有较高的效率、较小的体积、较轻的重量和较好的价比。注意，那只是对50HZ/60HZ工频交流电源而言，且是硅钢片磁性材料的;而对于超过20KHZ的高频开关电源的电力电子变压器，或者电力电子功率电感而言，可选的磁材多种多样，可选导线
也多种多样，高频波形与工频正弦波形有较大差异。所以，就不要死守什么“铁损与铜损相等”的传统说法了，能在一定成本和体积的条件下，尽量提高电功效率才是硬道理。
电源拓扑
不同的开关电源拓扑的电功效率是有差别的。相同的电源、负载，选择非隔离式拓扑时电功效率高于隔离式。所以在安全条件许可的情况下，尽量选用非隔离式更有利于节能，除非订货指定才做隔离式拓扑产品。
电源电压愈接近负载电压时，会有较高的电功效率。无论升压或降压，电压变比愈大，电功效率愈差。所以，选合适的电源很重要。
采用BOOST升压拓扑时电功效率比其他拓扑的电功效率要高;尤其是用“无桥BOOST”的APFC更优异;10KW以上超大功率常用“三相无桥BOOST”的APFC其电功效率接近于1。当采用BUCK降压拓扑时，由于电流波形畸变，导致电功效率变差。因此，可用扫频仪分析找出谐波能量较大的若干个谐波频率，用高频谐L-C-D回路吸收一个或若干个频率的谐波能量，经整流把高频能量转化为直流能量回馈给直流母线，实现化害为利。既能降低THD%，又提升电功效率η。
由BOOST及BUCK两大基本拓扑，可以转化为其它多种各有特色的开关电源拓扑，拓扑愈简单，其电功效率会比复杂拓扑效率愈高些。
输出电压、功率对效率的影响
输出电压低、输出功率小的LED灯如何提高电功效率?
(1)用电压与IC相适应的直流电源来点亮小功率LED灯有较高的效率。
例1：用2.7-6V直流电源，经过QX5238(或QX5239)驱动15毫安(或20毫安)的三支路或四支路LED灯，其电源电压仅高于LED灯电源50毫伏时，有很高电功效率(超过0.98)且各并联支路电流精度优于±2%!
例2：用太阳能光伏电池，白天给可充电电池(或超级电容)充电贮能，晚上自动点亮1-10个20毫安小电流LED草坪灯的专用芯片QX5232，其电功率优于0.9。
例3：输入直流电源2-7V，可选择输出电流0.1-0.4A，不加接任何外接元件，用于矿灯或手电筒的专用芯片QX7135是最简单的了，电功效率也优于0.9。
例4：适用于12-24V直流电源，用BOOST?BUCK自动升降压拓扑点亮
1-10W大功率LED灯的低压专用芯片QX5241，也是电功效率较高的范例。
(2)用工频50HZ/60HZ、电压80-270V交流电源的LED灯如何提高电功效
例5：最简单的电容恒流交流LED灯是两只(或两串)LED灯彼此反向并联，串入一只限流电容，再串入一只负温度系数的热敏电阻(NCT)限制开灯峰值电流，交流电源正半波点亮其中一只(或一串)LED灯，交流电源负半波点亮反向并联的另一只(或一串)LED灯，闪烁频率100HZ须选用较长余辉时间的荧光粉配方的LED，可以做到人眼可以接受的微量闪烁。接通电源点灯瞬间，负温度系数电阻NCT有较高阻值，限制起动电流，随后NCT电阻发热升温，NCT电阻值大幅度下降，整灯电功效率比较高。
例6：用20KHZ廉价节能灯电子镇流器改造成为“高频电力电子变压器”，降压供电取代上述的限流电容及NCT电阻，仍用“反向并联”两只(或两串)LED来实现高频交流LED灯，因没有低压整流二极管的损耗问题，电功效率也较高，且完全看不出闪烁。两只(或两串)彼此反向并联的LED灯，每只(或每串)LED只工作高频半波，所以LED的热量问题较易解决。只是LED颗粒多了一倍，成本会高一些，但随着LED单价迅速下滑，今后可能是可接受性能价格比优选方案之一。
例7：用便宜的低压低内阻场效应管同步整流来取代LED灯供电的整流二极管，是提升输出电压低输出功率小的LED灯电功效率的有效方法之一。
例8：用源极驱动的低损耗IC(QX9910)非隔离式LED灯，电功效率超过0.9可以实现。详见后文范例。
四、LED灯的功率因数PF值问题
美国能源之星2009-11公告的LED灯泡标准中，一个巨大的进步是对PF 值持十分宽容的态度：5W以下LED灯的PF值不作任何要求，5W或以上的LED 灯的功率因数只要求0.7就达标了。这不同于人们习惯节能荧光灯PF愈高愈好，究其原因是荧光灯特性是负电阻，荧光灯低气压电弧引发严重的EMC电磁干扰问题;而LED灯是正电阻器件，LED本身没有产生EMC电磁干扰的问题。这样规定的目的是用最低成本来最大量化推销LED灯取代白炽灯实现全社会节能宗旨。
LED元件本身没有EMC电磁干扰问题，产生EMC的原因是为LED灯电流恒流而加的电力电子开关电源，每一次导通(ON)-每一次截止(OFF)的过渡过程及过程，引发EMC问题，才有PF功率因数敏感问题。
对于小功率的LED灯完全可以用“交流整流端填谷电路”来实现高可靠性无电解电容LED灯，取代有两个电解电容三个二极管和一个电阻的“直流填谷电路”，为的是提升可靠性，使LED电源的寿命配得上LED本身的长寿命。对于要求功率较大、适应全电压(80-270V)的LED灯，用有源功率因数补偿(APFC)电路是有必要的，这时全电压(80-270V)时的功率因数PF≥0.90是可以实现的。如果想进一步提升大功率LED灯的电功效率，可以用“无桥APFC”就能实现提升
五、“电功效率”与“能效”
电功效率只是输出给LED的功率与电源输入功率之比，并不涉及LED发光的多少。有的人误以为就是“能效”，能效问题是涉及LED发光的问题。
用能效数据对比，作为客观判定哪个方案更节能的可比数据，并由此引发出LED电流的三大流派。即直流LED灯、交流LED灯和脉冲LED灯。
范例之一：高效率稳压恒流的16W LED灯
T8荧光灯管270颗20毫安LED，PCB均匀分布六支路并联，每支路串45只LED，见下图一所示;实测数据见表一所列。
图一高效率稳压恒流的16W LED灯
表一16瓦LED灯实测数据
从电路图上看，十分简洁，除了270颗小电流LED之外，电路全部元器件共17只，材料表见表二所列。
表二图一的材料表
低耗电节能集成电路QX9910的工作电压5V，工作电流0.5毫安，所以须用低电压低内阻的辅助开关管(AP2306等低压廉价小功率低内阻大电流场效应管)作为源极驱动的开关管以驱动定△toff断开时间方式控制高压主开关管
(5A600V5N60或IRF840等高压场效应管)的断开，这种与众不同的高电功效率的控制方式。工作原理简述如下：
(1)12V低压电源的产生
为使集成电路(QX9910)正常工作，需要低压5V稳压电源工作，必须让
工作在常饱和导通(ON)状态。于是须先让(5N60)主开关栅极常有稳定
12V正偏压，为此，用降压电阻(510K )向稳压管(12Vz)供电，用(4.7μF)
电容与并联，得到12Vz低压电源。令高压电力电子主开关处于常闭(ON)饱和导通状态。
(2)5V低压电源产生
交流电源经桥堆BD1整流后，直流电源正端经?LED?(常闭
ON)???，在稳压管两端得到低压5Vz稳压电源，供给集成电路作为工作电源。
(3)集成电路的低功耗“打嗝”工作状态
得到5Vz低压电源，向辅助开关提供4.5V以上的正偏压，足以使低电压小功率大电流的饱和导通(ON)状态。饱和导通，使也饱和导通、整个电路的能量。供电感充磁贮能的过程，就是LED电流上升的点亮过程。正是这个LED电流经取样电阻(2.5欧姆)得到信号，经电阻滤波与耦合到
的第六脚(CS端子)，当的电压降超过0.25V时，令截止，从而用辅助开关源极控制高压主开关也截止。
但电感的电流不可以突变，于是L贮存磁能经LED--续流，这就是LED灯电流从最大值向下衰减的维持发光过程。正是这个下降的LED电流，当不足以维持取样电阻上的0.25V阀值时，于是再次令重新导通，驱动主开关也重新导通。上述反复的过程，如同人的“打嗝”相类似，改变第七脚
(TOFF)外接电容。就能改变“打嗝”的周期，当为零时QX9910最高工作频
率2500KHz。
??极低功率损耗的开关工作状况使流经的工作电流在数毫安
至数安培电流范围之内，可以精准恒定某一设定值，取样电阻的电阻值愈大，恒流电流愈小;反之，阻值愈小，的可控恒定电流愈大。
(4)恒流稳压恒定LED灯功率
从表一可见，在额定电压220±20V、LED灯电流在0.110±0.05A范围内变化，精准恒流5%以内;相对应LED灯电压在143-1V范围，精准稳压百分之一以内;确保LED灯功率在17.2W+1.66W至-0.58W、精准恒功率10%以内，使LED灯稳定可靠工作。所以图一是值得推介的低成本高性能优秀方案之一。
范例之二：高效率稳压恒流的7W LED灯
用图一改变R4与R5并联，使LED灯电流加大到期0.32A，把一串七颗
1W的LED点亮，见下图二所示;实测数据见表三所示。
图二高效率稳压恒流的7W LED灯
表三图二的参数表
从表三可见：在电源从110-240V大幅度变化的条件下，LED灯电流在0.32 -0.03A恒定，LED灯电压在23.9±0.1V内稳定，LED灯功率在7.648W+0.032W 至-0.688W之间稳定。
一般LED灯小功率时电功效率较差，而图二只是7W小功率LED灯，但电功效率在0.96以上，最高可达到0.98以上，所以是值得向大家推介的低成本高性能优秀范例之二。
图一与图二均达到美国能源之星2009年11月公布于2010年8月实行的LED灯标准。
图一与图二再优化，还可以取消电解电容提升可靠性。另外，注意到满足欧洲对电流谐波THD%的要求，可按前述(2.6.4)做些小改进就可以了。
功率因数PF=输入有用功功率S/输入总功率P(视在功率) 转换效率=输出额定功率(Pout)/ 输入有用功功率S×100% 有功功率=电源自身损耗（热量，机械能等）+输出功率 视在功率：即交流电压和交流电流的乘积，用公式表示为：S=UI。 也为有功功率+无功功率 P是有功功率，单位是W（瓦） Q为无功功率，单位是VAR（乏） S视在功率,单位是VA F=COSθ 被称为功率因数,PFs 上式中，S是额定输出功率，单位是VA（伏安），U是额定输出电压，单位是V，如220V、380V等；I是额定输出电流，单位是A。视在功率包括两部分：有功功率（P）和无功功率（Q），有功功率是指直接做功的部分。比如使灯发亮，使电机转动，使电子电路工作等。因为这个功率做功后都变成了热量，可以直接被人们感觉到，所以有些人就产生一个错觉，即把有功功率当成了视在功率，孰不知有功功率只是视在功率的一部分，用式表示：P=SCOS0θ=UICOSθ ＝UI·F 上式中，P是有功功率，单位是W（瓦），F=COSθ 被称为功率因数，而θ是在非线性负载时电压电流不同相时的相位差。无功功率是储藏在电路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=Ssinθ=UIsinθ。上式中，Q为无功功率，单位是var（乏）。 对于计算机和其它一切靠直流电压工作的电子电路，离开无功功率是根本无法工作的。 假如有一台计算机，当交流市电输入后进行整流，就得到脉动直流电压，若不将脉动电压进行任何工，就直接提供给计算机电路，毫无疑问，电路根本无法正常工作。虽然这时计算机的功率因数接近于1，可这又有何用呢。为了让计算机电路能正常工作，必须向其提供平滑了的直流电压。这个“平滑”工作必须由接在计算机电源整流器后面的滤波电容器C来完成。这个滤波器就像一个水库，电容器里面必须储存足够数量的电荷，在整流半波之间的空白时，使电路上的工作电压仍不间断，能保持正常电平。换句话说，即使在两个脉动半波之间无输入电能时，UC的电压电平也无显著的变化，这个功能是靠电容器内的储能来实现的，储存在电容器内的这部分能量就是无功功率。所以说，计算机是靠无功功率的支持，才能保证电路正确运用有功功率实现正常运行的 希望对你有帮助。 Chroma8000所测的效率计算疑问？ Uac=264V
电动机效率取决于功率因数 电机功率效率已采取的中心舞台。政府越来越感兴趣的节约能源，现在的技术可以使可能的，经济的要求了。在电机控制算法和具有成本效益的电子元件执行进展电机驱动也创造了几乎每一个电动马达的市场革命。功率因数的控制，以有效地减少也意味着失去了能源，电动机和驱动电子两种，并在 电网电力供应的家庭，办公室，并在使用的电机工厂。 潜在节约 可节省的能源是惊人的。超过4000 万电动机用于制造业务在美国alone.1 电动机占65 至70 工业电力消费总量的比例，约百分之五十七的所有电力消费worldwide.2 保存几个百分点，甚至对世界的估计1.6 万多兆瓦小时（亿千瓦小时）电力的年消费量的数百名万亿瓦，每年小时。目前，汽车使用的平均今天 在转换了百分之八十八的效率电力为机械能。对百分之96 的数字转换效率， 以便在技术上是可行的更大的发动机。 2010.为了比较，光伏太阳能电池发电在欧洲，所有的能力，在德国和西班牙正在带领安装基地在美国，预计将只有15 亿kWh /年，到2010 年。仅在英国，每年总有大约350 亿千瓦时，工程与技术学院电子消费5 亿kWh，估计可节省通过更有效的利用，每年电动机。此外，许多没有使用电动机以有效的方式。例如，汽车可能会过大的手头的工作，也没有多少，它的机械输出功率可能 是白费，这意味着更多的节省可能来自马达如何使用，对储蓄顶端从电机本身。1996 年，美国能源部推测，在每年5 亿kWh，到2000 年的储蓄，并以每年2010,6 节能潜力100 亿kWh 同时考虑电机和相关系统级的储蓄。 有潜力，作出就像老电机和驱动未来几年的重大进展，并被新的更有效的代替。由于电力节约成本，许多企业都自愿加速其安装汽车基地的营业额，甚至
什么是电机的功率因数 电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。cosφ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。 cosφ——功率因数； P——有功功率，kW； Q——无功功率,kVar； S——视在功率,kV。A； U——用电设备的额定电压,V； I——用电设备的运行电流,A。 功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。 (1)自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷(白炽灯、电阻炉)的功率因数较高，等于1，而电感性负荷(电动机、电焊机)的功率因数比较低，都小于1。 (2)瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。 (3)加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值. 提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。 功率因数是交流电路的重要技术数据之一。功率因数的高低，对于电气设备的利用率和分析、研究电能消耗等问题都有十分重要的意义。 所谓功率因数，是指任意二端网络(与外界有二个接点的电路)两端电压U与其中电流I之间的位相差的余弦。在二端网络中消耗的功率是指平均功率，也称为有功功率，电路中消耗的功率P，不仅取决于电压V与电流I的大小，还与功率因数有关。而功率因数的大小，取决于电路中负载的性质。对于电阻性负载，其电压与电流的位相差为0，因此，电路的功率因数最大()；而纯电感电路，电压与电流的位相差为π／2，并且是电压超前电流；在纯电容电路中，电压与电流的位相差则为－(π／2)，即电流超前电压。在后两种电路中，功率因数都为0。对于一般性负载的电路，功率因数就介于0与1之间。 一般来说，在二端网络中，提高用电器的功率因数有两方面的意义，一是可以减小输电线路上的功率损失；二是可以充分发挥电力设备(如发电机、变压器等)的潜力。因为用电器总是在一定电压U和一定有功功率P的条件下工作。 可知，功率因数过低，就要用较大的电流来保障用电器正常工作，与此同时输电线路上输电电流增大，从而导致线路上焦耳热损耗增大。另外，在输电线路的电阻上及电源的内组上的电压降，都与用电器中的电流成正比，增大电流必然增大在输电线路和电源内部的电压损失。因此，提高用电器的功率因数，可以减小输电电流，进而减小了输电线路上的功率损失。 提高功率因数，可以充分利用供电设备和线路的容量，减小设备、线路中的损耗,电机的有效功率会提高。 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cos?=0.5时的损耗是cos?=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cos?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最有效地提高电力资源利用率的方式。 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。 高功率因数，可提高电机设备出力。 对于3相电动机：P＝√3UIcosφ所以功率因素从0.8提高到0.9，出力提高0.1UI√3其它：感应电动机的功率因数有两种，即自然功率因数和总功率因数。自然功率因数就是设备本身固有的功率因数，其值决定
功率因素和供电效率的关系 【摘要】在供电过程中，用户功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动，而且关系到节约电能和整个供电区域的供电质量。文章介绍影响电网功率因数的主要因素以及低压无功补偿的几种实用方法。【关键词】功率因数；节约电能；供电质量 the relationship between power factor and supply efficiency taizhou motor vehicle inspection center yu shui abstract:druing the process of power supply , power factors are related to the power loss and electric energy loss from the power network , related to loss of voltage and voltage pulsation of charging line and related to the quality of power . this passage tells us the main factors and several practical methods of low tension . key words : power factors , save power , quality of supply 功率因数是指电力网中线路的视在功率供给有功功率的消耗所 占百分数。在电力网的运行中，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。用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。适当提高用户的功率因数，不但可以充分地发挥发、供电设备的生产能力、减少线
现场找不到功率表，要求以钳式电流表代替。即用电流表套住一根主电缆，测量其交流电流值，并换算为功率。 ※工人师傅的经验公式为：P=0.5*I 其中：P为电机有功功率，单位千瓦；I为实测电流，单位安培。 然则问题是，何以证明此经验公式？ 三、问题的研究 电机是普通三相异步电动机，Y型接法。额定电压380V，额定功率7.5KW，额定电流15.2A。 通过经验可知，三相电机总功率等于3乘以每相的功率，即p=3*u*i，其中： p为三相电机总功率，单位瓦 u为相电压，单位伏 i为相电流，单位安注：暂用字母大小写区分相电压与线电压 又查阅资料知，线电压等于1.732倍相电压，线电流等于相电流，即p=3*（U/1.732）*I，其中：p为三相电机总功率，单位瓦 U为线电压，即380伏 I为线电流，即钳式电流表实测电流，单位安 故:得到公式p=1.732*U*I 四、问题的解决 综上，P=1.732*U*I*cosφ/1000，其中： P为三相电机有功功率，单位千瓦 U为线电压，即380伏 I为线电流，即钳式电流表实测电流，单位安 cosφ为功率因数，针对电机通常取0.8 故：P=0.52*I≈0.5*I（KW），公式得证。 五、问题的补充 1 三相四线制 三相四线制供电方式，即国际电工委员会（IEC）规定的TN-C方式，是用工作零线兼作接零保护线，可以称作保护中性线，可用NPE表示。故三根相线、一根中性线。 三相五线制供电方式，即国际电工委员会（IEC）规定的TN-S方式，是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统。故三根相线、一根工作零线、一根保护零线。 单相三线制是三相五线制的一部分，即根据国际电工委员会(IEC)标准和国家标准而定的TN—S系统，在配电中出现了N线和PE线。故相线、零线、接地线。 三相三线制一般常用于电力输送和工厂强力电源供电，它不是国际电工委员会（IEC）规定的方式。 2 Y型接法 采用三相三线制的三角形接法，为三组线圈头尾相接，适用于4.5KW以下电动机 采用三相四线制的Y形接法又称星形接法，为三组线圈的三个尾相接，形成一个Y形，适用于4.5KW 以上电动机 3 线电压，线电流 相电压是指一相负载对地的电压，在三相四线制中，也就是相线与中性线之间的电压。 线电压是相与相的电压，在三相四线制中，也就是各相线之间的电压。 故在采用三相四线制的Y形接法中，线电压等于1.732倍相电压，线电流等于相电流。 另外，在采用三相三线制的三角形接法中，线电压等于相电压，线电流等于1.732倍相电流。 4 功率因数 电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ表示，而功率因数就是cos φ。 空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低； 随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；
功率因数与效率的区别 尽管功率因数和转换效率都是指电源的利用率， 但区别却很大。功率因素是输入视在功率与输入有功功率之比，与效率无关的，功率因数越大表示无功量就小；它是电源对电网的利用率。电源效率是输入有功功率与输出有功功率之比，效率越高表示机电的损耗就小；它指的是转换效率，就是你这个LED灯泡是5W，但是你把这整个灯接上就不是5W，电源本身也要耗电，这个效率就是多少点是真正让灯泡用了，多少是无用的。当然效率越高越好。简单的说，功率因数产生的损耗是电力部门负担，而转换效率的损耗是用户自己负担。一般来讲，功率因数与本设备的效率并没有必然的、直接的联系，但是，功率因数低了的话，会大量占用供电设备的容量，增加电路损耗，提高供电成本。比如，同样是1KW的电器，如果功率因数是0.9，那么占用供电系统的容量 1/0.9=1.1KvA，如果功率因数是0.5，那么占用供电系统的容量是1/0.5=2KVA。因为后者的线路电流较前者大了近一倍，所以线路损耗增加了近三倍。所以使用高功率因数设备的意义在于节约供电设备容量和减少线路损耗。效率，通俗地说就是吃了多少饭，干了多少活。比如一个电源，测得输入的功率是220W，又测得输出各路电压的总功率是190W，那么其效率190/220=86.4%。其效率还是很高的。如果换用一个低效率的电源，由于无论使用什么电源，电脑的实际需要是一定的，仍是190W，但这时测得输入的功率是280W，那么这个电源的效率是190/280=67.9%。很显然，两个效率不同的电源，电脑的工作都是一样的，不同的是，后一个电源比前一个电源多耗电280-220=60W。多了这60W，全部转化为热能，由风扇排出了。如果你有测温的工具，可以明显测出这两个电源工作温度和排出空气的温度是明显不同的。使用高效率的电源，对用户而言，可以节省电费，对供电企业，意义是节省供电设备的容量，减少供电设备的压力电源测量仪是各种生产或测量各种低压电源（常见的是开关电源，灯具电源、等等）的通用仪表，可以测各种参数，包括功率因数、输出电压、输出电流、电源效率、纹波、视在功率、有功功率、无功功率，等等。LED常常是用低压直流工作，所以它有一个电源，用来将交流变成低压直流，称为：“驱动器”，或“电源”。电源效率：是衡量输入电源的交流有功功率，有多少转化为直流功率了（有发热损耗等等）。发光效率：是指电能（或功率）转换成光能的转换效率，用lm/瓦来衡量，就是说同样的电能，
电动机的效率、功率因数及其影响因素一、什么是电动机的功率因数？ 异步电动机的功率因数是衡量在异步电动机输入的视在功率（即容量等于三倍相电流与相电压的乘积）中，真正消耗的有功功率所占比重的大小，其值为输入的有功功率P1与视在功率S之比，用cos ψ来表示。cosψ=P/S 电动机在运行中，功率因数是变化的，其变化大小与负载大小有关，电动机空载运行时，定子绕组的电流基本上是产生旋转磁场的无功电流分量，有功电流分量很小。此时，功率因数很低，约为0.2左右，当电动机带上负载运行时，要输出机械功率，定子绕组电流中的有功电流分量增加，功率因数也随之提高。当电动机在额定负载下运行时，功率因数达到最大值，一般约为0.7-0.9。因此，电动机应避免空载运行，防止“大马拉小车”现象。 二、什么是电动机的输入功率和输出功率 电动机从电源吸取的有功功率，称为电动机的输入功率，一般用P1表示。而电动机转轴上输出的机械功率，称为输出功率，一般用P2表示。在额定负载下，P2就是额定功率Pn。 电动机运行时，内部总有一定的功率损耗，这些损耗包括：绕组上的铜（或铝）损耗，铁芯上的铁损耗以及各种机械损耗等。因此输入功率等于损耗功率与输出功率之和，也就是说，输出功率小于输入功率。
三、什么是电动机的效率 电动机内部功率损耗的大小是用效率来衡量的，输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，其代表符号为η 1、三相交流异步电动机的效率：η=P/（√3*U*I*COSφ） 其中，P—是电动机轴输出功率 U—是电动机电源输入的线电压 I—是电动机电源输入的线电流 COSφ—是电动机的功率因数 2、电动机的输出功率：指的是电动机轴输出的机械功率 3、电动机的输入功率：指的是电源给电动机输入的有功功率： P=√3*U*I*COSφ（KW） 其时，这个问题有些含糊，按说电动机的输入功率应该指的是电源输入的视在功率：S==√3*U*I这个视在功率包括有功功率(电动机的机械损耗、铜损、铁损等)、无功功率。 效率高，说明损耗小，节约电能。但过高的效率要求，将使电动机的成本增加。一般异步电动机在额定负载下其效率为75～92%。异步电动机的效率也随着负载的大小而变化。空载时效率为零，负载增加，效率随之增大，当负载为额定负载的0.7～1倍时，效率最高， 影响电动机功率的因素 电动机的损耗包含各种形式,有与负载电流大小基本无关的铁损、由励磁电流产生的定子铜损以及机械损耗,还有与负载电流大小有关的定、转子铜损、杂散损耗等。即使在电动机空载情况下,电动
提高功率因数的意义和方法
提高功率因数的意义和方法 1.功率因数 在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S 功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据,功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数, 功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。 电能占企业成本的5％～30％，有些企业占得更高。因此如何提高电能的利用率和使用效率，保证电能质量，是企业节能提效的重要手段。绝大多数企业是用电动机作为机械的原动机，而电动机是感性负载，功率因数并不高，因此企业的能源消耗中无功能源消耗占了很大成份。尽可能的减少无功能量的消耗，是企业节能的头等大事。对于企业而言，供电损耗主要是电动机损耗、低压线路损耗、高压线路损耗和变压器损耗。安装无功补偿装置后功率因数提高，线路电流会下降，这样线路损耗降低，变压器的有功损失也会降低。电动机损耗（即效率）是电动机本身固有的，目前Y系列的电动机的效率一般都在85％～95％。但电动机的功率因数将影响整个电网的效率。用电系统装设无功补偿设备，提高功率因数，对于企业的降损节电、用电系统的安全可靠运行具有极为重要的意义 2.影响功率因数的主要因素 异步电动机和电力变压器。异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无 功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成,改善异步电动机的功率因 数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成 份是它的空载无功功率,它和负载率的大小无关。因而,为了改善电力系统和企 业的功率因数,变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。 供电电压。当供电电压高于额定值的10%时,由于磁路饱和的影响,无功功率将 增长得很快,据有关资料统计,当供电电压为额定值的110%时,一般工厂的无功 将增加35%左右，当供电电压低于额定值时,无功功率也相应减少而使它们的功 率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。 3.提高功率因数的意义 ⑴提高功率因数可以提高设备的利用率 由于有功功率：P=UI COSφ,当U和I为定值时,P∞COSφ,这就是说在电源 提供同样的视在功率UI情况下,有功功率P与功率因数COSφ的大小成正比。 我们知道,电源设备的容量都是根据额定电压UN和额定电流IN确定的,因 此其额定视在功率为SN=UN IN。它表示该设备允许输出的最大有功功率,换句话 说,假如负载COSφ=1,P=UN IN COSφ=UN IN=SN,此时电源的容量全部转换成有
电动机功率因数的意义 来源：湘潭电机厂 https://www.doczj.com/doc/d48302637.html,/ 三相异步电动机的正确接线 大多数电工都知道，三相电动机的三相定子绕组每相绕组都有两个引出线头。一头叫做首端，另一头叫末端。规定第一相绕组首端用D1表示，末端用D4表示；第二相绕组首端用D2表示，末端用D5表示；第三相绕组首末端分别用D3和D6来表示。这六个引出线头引入接线盒的接线柱上，接线柱相应地标出 D1～D6的标记。三相定子绕组的六根端头可将三相定子绕组接成星形或三角形，星形接法是将三相绕组的末端并联起来，即将D4、D5、D6三个接线柱用铜片连结在一起，而将三相绕组首端分别接入三相交流电源，即将D1、D2、D5分别接入A、B、C 相电源。而三角形接法则是将第一相绕组的首端D1与第三相绕组的末端D6相连接，再接入一相电源；第二相绕组的首端D2与第一相绕组的末端D1相连接，再接入第二相电源；第三相绕组的首端D5与第二相绕组的末端D6相连接，再接入第三相电源。即在接线板上将接线柱D1和D6、D2和D1、D5和D6分别用铜片连接起来，再分别接入三相电源。一台电动机是接成星形还是接成三角形，应视厂家规定而进行，可以从电动机铭牌上查到。三相定子绕组的首末端是生产厂家事先设定好的，绝不可任意颠倒，但可将三相绕组的首末端一起颠倒，例如将三相绕组的末端D1、D5、D6倒过来作为首端，而将D1、D2、D5作为末端，但绝不可单独将一相绕组的首末端颠倒，否则将产生接线错误。如果接线盒中发生接线错误，或者绕组首末端弄错，轻则电动机不能正常起动，长时间通电造成启动电流过大，电动机发热严重，影响寿命，重则烧毁电动机绕组，或造成电源
什么是电动机的功率因数？ 异步电动机的功率因数是衡量在异步电动机输入的视在功率（即容量等于三倍相电流与相电压的乘积）中，真正消耗的有功功率所占比重的大小，其值为输入的有功功率P1与视在功率S之比，用cosψ来表示。 电动机在运行中，功率因数是变化的，其变化大小与负载大小有关，电动机空载运行时，定子绕组的电流基本上是产生旋转磁场的无功电流分量，有功电流分量很小。此时，功率因数很低，约为0.2左右，当电动机带上负载运行时，要输出机械功率，定子绕组电流中的有功电流分量增加，功率因数也随之提高。当电动机在额定负载下运行时，功率因数达到最大值，一般约为0.7-0.9。因此，电动机应避免空载运行，防止“大马拉小车”现象。 什么是电动机的输入功率和输出功率 电动机从电源吸取的有功功率，称为电动机的输入功率，一般用P1表示。而电动机转轴上输出的机械功率，称为输出功率，一般用P2表示。在额定负载下，P2就是额定功率Pn。 电动机运行时，内部总有一定的功率损耗，这些损耗包括：绕组上的铜（或铝）损耗，铁芯上的铁损耗以及各种机械损耗等。因此输入功率等于损耗功率与输出功率之和，也就是说，输出功率小于输入功率。 什么是电动机的效率 电动机内部功率损耗的大小是用效率来衡量的，输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，其代表符号为，常用百分数表示，即： 效率高，说明损耗小，节约电能。但过高的效率要求，将使电动机的成本增加。一般异步电动机在额定负载下其效率为75～92%。异步电动机的效率也随着负载的大小而变化。空载时效率为零，负载增加，效率随之增大，当负载为额定负载的0.7～1倍时，效率最高，运行最经济。
1、效率低涉及：铜耗、铁耗 定子绕组铜耗大、转子导体铜损耗大、定子铁耗大、机械耗大、谐波分量损耗大 a、定子绕组铜耗大：缩短端部降低漏抗（加大启动电流），增大导线面积降低匝数， 磁密、Tmax上升和功率因数下降 b、转子导体铜损耗大：加大转子槽面积，导致齿部和轭部磁密上升和功率因数下降 或加厚端环，或转子槽型深窄化提高漏抗，使得功率因数和Tmax均下降 c、定子铁耗大：减小定子内径引起转子磁密提高,增加铁心长度增加定子绕组匝数,使定子 电阻损耗增大, 漏抗增大,减少定、转子槽口宽度和采用磁性槽楔,以减少旋转铁耗漏抗增大,使Tmax降低 d、机械耗大：在满足风量下，尽量缩小风扇直径，注意倾角改善风阻，装配精度降低轴 系磨耗 e、谐波分量损耗大：选择恰当槽配合，降低5、7、11、13次谐波幅值，在无法改变槽配 合的时候 可以适当加大气隙，以削弱非基次谐波幅值，以减少损耗，但加大加大气隙 的结果就是励磁电流加大，功增加功率因数下降，基波幅值下降因此基本Tmax 下降 2、功率因数低涉及：励磁电抗、总漏抗 磁化电流大、电抗电流大 a、磁化电流大：增加定子绕组匝数,以降低磁密，定子电阻增大，使效率降低，漏抗增大, Tmax下降。 或适当减少气隙，降低励磁电流，如果槽配合不当会提高谐波幅值，最大转矩稍微提高， 使得效率下降，电磁噪音或震动增加，温升增加，同时造成装配困难增加。 使谐波漏抗增大，增加铁心长度以降低磁密，调整槽形尺寸,使齿部和轭部磁密分 配合理。 b、电抗电流大:电抗电流大,由于漏抗大所致,可以改变槽形尺寸,加大槽宽,减小槽高,增大槽 口 如此，漏抗减小, 启动电流增大，同时缩短绕组端部长度以减少端部漏抗，但嵌线 困难 随写几种，其实，许多是相互制约的，一般优先考虑Tmax、效率、启动电流，其次再考 虑功率因数， 必将两全齐美很难，这个就要看客户的要求，来分配铜耗与铁耗、励磁电抗与漏抗的关系。
功率因数和转换效率的区别 经常看到市场上有的电源宣称自己的转换效率高达99%，事实真的如此吗？主动PFC和被动PFC何差? 功率因数和转换效率分别是什么意思? 功率因数损失的电费谁为你来承担? 转换效率损失的电费又是谁为你来承担? 功率因数又叫PFC因数,大功率电源中一般都有PFC电路,市电是交流电,如果不整流成直流电,电脑是无法使用的,而功率因数就是将交流电整流成直流电的能力,这个过程是通过PFC 电路来实现的PFC电路分为主动式PFC(有源)和被动式PFC(无源)两种, 主动式PFC电路由高频电感、开关管和电容等元件构成，组成一个可以将输入电压提高的电路，从而减少电流在流向下级电路过程中的电能损耗。简单地说，主动式PFC电路就是一个升压器,具有体积小、重量轻、输入电压范围宽等优越的电气性能，通常它功率因数可达99％；被动式PFC结构相对简单，它利用电感线圈内部电流不能突变的原理调节电路中的电压及电流的相位差，使电流趋向于正弦化以提高功率因素。相对于主动式PFC电路，被动式PFC电路的功率因数要低得多，一般只有70-80％左右,同时被动PFC结构上和电感类似，在对电流和电压补偿的过程中，始终进行着充放电的过程，因而产生了磁性，最终会和周边的金属元件产生震动进而发出噪音。静音型PFC相当于两个非静音型PFC的叠加，达到震动互相抵消的目的。但是，在消除噪音的手段中，安装是否得当也是对静音效果影响较大的因素。在我们了解上述两种PFC结构后，那么我们在上面提到的
PFC因数究竟是什么呢? 其实电源的PFC因数表示的就是有多少电能被电源利用了(输入电源的实际能量／电网供给电源的能量) 对于主动式PFC电路来讲，功率因数可以达到99％的水平，而被动式PFC 电路只能达到上面所说的70-80％而已。通俗的说假如一款标称400W 的电源，电源需要输入200W电量时,如果它采用了主动式PFC电路，那么电网只需要拉202W(200/0.99)电力过来，几乎没有损失,而如果采用的是被动式PFC电路,那么电网需要拉250W(200/0.8)左右,损失了50W,也就是说PFC因数是影响一款电源的电能利用率的指标,但损失那50W我们用户是不需要付钱的,因为那归属于是电力局线路上损失,电力局是没有权力向你要钱的。电源转换效率:这个概念比PFC因数要复杂一些，电源本身是一个“供电器”，同时它又是一个“耗电器”。输入电源的能量并不能100％转化为供主机内各部件使用的有效能量，未被利用的电能转化为热量散发,这样就出现了一个转换效率的问题。我们可以用这个公式来解释电源转换效率：电源转换效率=电源为主机提供的即时输出功率／输入电源的即时功率×100％,一款电源的转换效率会由于其内在的变压电路、电流转换器以及功能电路都会有所不同，再加上自身的功率本来就不相同，所以不同的电源产品其电源的实际转换效率也会不同。另外，即使是同一款电源产品，在不同的工作状态下，其转换效率也是有变化的。由于电源的输入电压是额定的220V，而输出电压则有+12V、+5V、+3.3V不同的规范，这就表示电源里至少拥有三种不同的变压器，由于三种变压器的功耗不尽相同，就意味着+12V、+5V和+3.3V的电压输出其各自所对应的
电机功率与轴功率的关系 2009年12月16日星期三 09:09 A.M. 1)离心泵 流量×扬程×9.81×介质比重÷3600÷泵效率 流量单位：立方/小时， 扬程单位：米 P=2.73HQ/Η, 其中H为扬程,单位M,Q为流量,单位为M3/H,Η为泵的效率.P为轴功率,单位KW. 也就是泵的轴功率P=ΡGQH/1000Η（KW),其中的Ρ=1000KG/M3,G=9.8 比重的单位为KG/M3,流量的单位为M3/H,扬程的单位为M,1KG=9.8牛顿 则P=比重*流量*扬程*9.8牛顿/KG =KG/M3*M3/H*M*9.8牛顿/KG =9.8牛顿*M/3600秒 =牛顿*M/367秒 =瓦/367 上面推导是单位的由来,上式是水功率的计算,轴功率再除以效率就得到了. 设轴功率为NE，电机功率为P，K为系数（效率倒数） 电机功率P=NE*K (K在NE不同时有不同取值，见下表) NE≤22 K=1.25 22 有功功率又叫平均功率。交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，对电动机来说是指它的出力，以字母P表示，单位为千瓦（kW）。 无功功率：在具有电感（或电容）的电路里，电感（或电容）在半周期的时间里把电源的能量变成磁场（或电场）的能量贮存起来，在另外半周期的时间里又把贮存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的振幅值叫做无功功率，以字母Q表示，单位干乏（kvar）。 视在功率：在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫视在功率，以字母S或符号 Ps表示，单位为千伏安（kVA）。 泵效率=流量*扬程（102*3.6）/轴功率 流量单位：M3/H 扬程单位：M 电机效率=轴功率/视在功率 视在功率包含有功功率与无功功率 视在功率=实际电压*实际电流*功率因数*根号3（根号3=1.732） 功率因数=额定功率/额定电流*额定电压*根号3 电机效率一般是估算：20KW-60KW 电机效率为 1/1.15=0.87 60KW以上电机效率为 0.9左右 由此可算出轴功率 水泵效率=水功率/轴功率 水泵效率=（实际流量*实际扬程*9.81*介质比重/3600）/轴功率 功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S 水泵轴功率计算公式2009-12-07 10:13:58| 分类：污水处理|字号订阅 1)离心泵流量×扬程×9.81×介质比重÷3600÷泵效率流量单位：立方/小时，扬程单位：米P=2.73HQ/Η, 其中H为扬程,单位M,Q为流量,单位为M3/H,Η为泵的效率.P为轴功率,单位KW. 也就是泵的轴功率P=ΡGQH/1000Η（KW),其中的Ρ=1000KG/M3,G=9.8 比重的单位为KG/M3,流量的单位为M3/H,扬程的单位为M,1KG=9.8牛顿则P=比重*流量*扬程*9.8牛顿/KG =KG/M3*M3/H*M*9.8牛顿/KG =9.8牛顿*M/3600秒=牛顿*M/367秒=瓦/367 上面推导是单位的由来,上式是水功率的计算,轴功率再除以 电动机知识 随着起重机的不断发展，传统控制技术难以满足起重机越来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天，起重机与电子技术的结合越来越紧密，如采用PLC取代继电器进行逻辑控制，交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。在选型对比基础上，本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案，变频器最终选型为ABB变频器ACS800，电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调速装置中，ABB变频器以其性能的稳定性，选件扩展功能的丰富性，编程环境的灵活性，力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性，使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一员， 它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动向导，自定义编程，DTC控制等，非常适合作为起重机主起升变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂27台桥式起重机变频调速控制系统，详细介绍ACC800变频器在起重机主起升中的应用。 1DTC控制技术 DTC（直接转矩控制，DirectTorqueControl）技术是ACS800变频器的核心技术，是交流传动系统的高性能控制方法之一，它具有控制算法简单，易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其实质是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型，通过测量三相定子电压和电流（或中间直流电压）直接计算电动机转矩和磁链的实际值，并与给定 转矩和磁链进行比较，开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量（开关状态）。定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值，可以用定子电压和电流测量值直接计算得到。在计算中，只需要一个电动机参数―――定子电阻，这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定向控制（矢量控制）形成了鲜明对比，极大地减轻了微处理器的计算负担，提高了运算速度 。直接转矩控制结构较为简单，可以实现快速的转矩响应（不大于5ms）。 2防止溜钩控制 作为起重用变频系统，其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性（"回馈"是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能），尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。 电磁制动器从通电到断电（或从断电到通电） 需要的时间大约为016s（视起重机型号和起重量大小而定），变频器如过早停止输出，将容易出现溜钩，因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生"过流"而跳闸的误动作。 防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。零速全转矩功能，即变频器可以在速度为零的状态下，保持电动机有足够大的转矩，从而保证起重设备在速度为零时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住为止，以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能，即变频器在起动之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的起动 (1) 用100kVA功率因数为0.8的UPS带功率因数为0.6的感性负载，能带多少?如负载是40kVA,现增加一倍还能够用吗？ 首先计算UPS在各种负载下的输出能力时，应先确定UPS的品种，向厂家索要该UPS的相关数据，再进行计算。但在此问题中，因感性负载是小于额定情况下的功率因数，一般UPS的输出仍能维持为100%的额定容量。现用一个著名的德国品牌UPS的数据为例来计算。由表1可知,感性负载功率因数小于额定情况下的0.8时,输出功率仍为额定值。 当UPS的S=100kV A、cos ? =0.时,P=80kW; Q=60kVAR。 当UPS为S=100kV A、cos ? =0.时，则S=100kVA;P=60kW;Q=80kVA R 若负载为40kVA, cos ? =0.6 贝S S=40kVA; P=24kW;Q=32kVAR。 负载增至80kVA,cos? =0.6时,则S=80kVA; P=48kW;Q=64kVAR。 此时负载的视在功率S和有功功率P都小于额定情况下的数值，而无功功率Q 却大于额定情况下的数值。但是，不能用cos ? =0.的负载的数值与cos ? =0.时的UPS的数值来比，而必须与UPS为cos ? =0.6寸的能力来比。负载的Q值小于UPS此时的Q值80kVAR完全可以满足负载增至80kVA的需要。 (2) UPS带非线性负载的问题。若UPS为100kVA,cos ? =C时带非线性负载奔腾133PC+15in英寸)显示器(170VA)能带多少台？cos ? =0.啲UPS又能带多少台？ 非线性负载是五花八门的,但是计算机类负载多是整流电容滤波型。所以I EC EN和GB国标）都确定了一个基准非线性负载，是二极管全波整流用电容 泵轴功率和电机配置功率之间的关系 额定功率即铭牌功率，也是电动机的轴输出功率，也是负荷计算所采纳的数据。Pe=1.732*0.38*Ie*额定功率因数*电动机效率。因此，电动机额定电流Ie=Pe/(1.732*0.38*额定功率因数*电动机效率）电动机的输入功率P1=Pe/电动机效率。P1跟我们关系不大，一般不再换算此值。例如：一台YBF711-4小型电机的铭牌数据：额定功率250W，额定电压380V，额定电流0.85A，功率因数0.68，无效率数据。 如果不算效率，额定电流=0.25/(1.732*0.38*0.68)=0.56A，跟0.85A 不符。如果算效率：额定电流=0.85=0.25/(1.732*0.38*0.68*效率)。由此可以反算效率为：0.25/(1.732*0.38*0.68*0.85)=0.66。 水泵所需功率与电动机额定功率的关系。假设水泵的扬程为H（m)，流量为Q（L/s），那么很容易推算其实际需要的有效功率P3为：P3=H*Q*g(g=9.8,常数）（W）；因为水泵本身也存在效率，因此需要提供给水泵的实际功率P2=P3/水泵效率。P2算出来往往跟电机的额定功率不会正好相等，因此就选择一个大于(但接近)P2的一个电机功率Pe。比如P3=10KW，水泵效率为0.7，电机功率为0.9，那么P2=P3/0.7=14.3kw，可选择Pe=15KW或18.5KW的配套电机；电机的实际输入功率P1=15/0.9=16.7kw（或18.5/0.9=20.1KW)。 泵轴功率是设计点上原动机传给泵的功率，在实际工作时其工况点会变化，另电机输出功率因功率因数关系会有变化。因此，原动机传给泵的功率应有一定余量，经验作法是电机配备功率大于泵轴功率。轴功率余量见下表，并根据国家标准Y系列电机功率规格选配。 轴功率余量 根据API610标准电动机的额定功率，至少应等于下面给出的额定条件下泵功率的百分数。 水电站发电机功率因数的调整 2007-04-14 18:27 摘要： 合理调整电机功率因数，保证系统的无功需求，是电站运行的一项重要工作。本文主要讲述发电机在各种运行工况下，如何调整功率因数，使电站既多发有功，又满足了系统的无功需求，以提高电站的经济效益问题。 关键词： 水电站 功率因数 调整 在水电站的运行工作中，发电机的功率因数是经常调整的一个参数，怎样根据水电站季节性水量变化较大、发电机负荷不均的特点，合理地调整发电机功率因数，满足系统无功负荷的需求，解决在满负荷运行时发电机端电压偏高的问题。对水电站的安全运行及提高电站的经济效益，有着重要的意义。 博爱县丹东水电站是丹河流域梯级开发的一座引水式水电站，电站总装机容量为3130kW，其中有两台为1250kW和一台630kW水轮发电机组。发电机额定电压为6.3kV，发电机功率因数为0.8，三台发电机均为同步发电机。电站年发电量1400万kW·h。1995年与大电网并网，同时电站有独立的自供区。每年上网与自供负荷的比例为三比一。 由于电站的供电系统有两个部分组成，电站必须合理调整发电机的功率因数，以满足两个系统对无功的需求。在电站自供区内，共安装有变压器容量3000kVA，变压器近40台，而且多为老式高耗能变压器，用电负荷变化大，无功负荷需求量也大。10kV线路上和400V低压用户均未安装电容器。如用安装电容器来补偿无功，提高自供区内线路的功率因数，一次性投资大，电容器运行维护费用高，经常还会出现"过补"现象。因此通过对电站发电机功率因数进行适时调整，补充自供区线路的无功负荷，提高线路的经济运行，较为合理。并网负荷的功率因数，电力部门的要求也十分严格，规定功率因数必须为0.8。如少发无功处罚、多发无功奖励，奖罚以0.8为标准，低0.01奖当月上网电费的0.1%，高0.01罚当月上网电费的0.5%，即奖一罚五的规定。电力部门的规定虽然十分严格，但我们电站在不同季节，根据水量和负荷变化的特点，合理地调整发电机的功率因数，每年不但保证自供区无功负荷的需要，而且还受电网多发无功的奖励。 合理调整发电机的功率因数，必须注意几个问题，即针对不同运行季节的特点，正确地进行调整。 对于径流式没有调节能力的小水电站，在雨季水量充足 对于3相电动机：P＝√3UIcosφ 所以功率因素从0.8提高到0.9，出力提高0.1UI√3 其它： 感应电动机的功率因数有两种，即自然功率因数和总功率因数。自然功率因数就是设备本身固有的功率因数，其值决定于本身的用电参数(如：结构，用电性质等)。倘若自然功率因数偏低，不能满足标准和节约用电的要求，就需设置人工补偿装置来提高功率因数，这时的功率因数叫总功率因数。由于设置人工补偿装置需增加很多投资，所以提高电动机自然功率因数是首要的任务。在农网中消耗无功功率比重最多的是感应电动机，约占60%以上，因此，研究如何提高农网中电动机的自然功率因数，减少输送的无功负荷，降损节能，提高运行效率，很有必要。本文拟探讨这个问题。 1 严格控制电动机容量，提高设备负载率，达到合理运行 (1) 合理选用电动机容量，提高自然功率因数和效率，降低功率损失。 "大马拉小车"、轻载和空载运行情况，造成电动机自然功率因数偏低，耗用无功比例较大，损失电能增加。因此，合理选择电动机容量，使之与机械负载功率相匹配，提高电动机的负载率，是改善其自然功率因数的主要方法之一。 电动机的负载率与功率因数的关系如表1所示： 表1 负载率 0.25 0.5 0.75 1 cosф 0.2 0.5 0.77 0.85 0.88 由表1可知，随着负载率的提高，电动机自然功率因数也就提高了，也就是说，合理选择电动机容量，能提高其功率因数，达到节约电能之目的。 电动机当其处于最佳负载率状态下运行时，其效率最高，自然功率因数最大。 (2)合理使用电动机，提高自然功率因数和效率，降低功率损失。 可以对轻负荷电动机容量下调，即将负荷不足的大容量电动机进行替换。 当电动机的负载率kfz＜40%时，可以调换：当40%＜kfz＜70%时，则需通过技术经济比较后，再做决定，其主要判定条件是： ΔPd1-ΔPd2＞0 式中ΔPd1-原有电动机的有功损失，kW ΔPd1-替换电动机的有功损失，kW 2 对轻负荷电动机实行降压运行，提高自然功率因数和效率，降低功率损失 当负载系数kfz＜50%时，应对电动机采用降压运行，具体做法是将定子绕组由Δ改接为Y接线。 不同负载率改接前后效率和功率因数的变化，如表2、表3所示。 表2 感应电动机定子绕组Δ-Y变接后的效率变化 ηY/η△ 1.27 1.1 1.06 1.04 1.02 1.01 1.005 1 kfz 0.1 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45电机效率计算公式
电动机的功率因数
功率因数与整机效率
水泵轴功率和电机配置功率之间的关系
水电站发电机功率因数的调整
功率因数和负载的关系
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