第三章第三节功率因数的提高

功率因数提高的原理
功率因数提高的原理是通过改善电路中的功率因数来增加电路的效率和能源利用率。

功率因数是指电路中有功功率与总视在功率之比，其数值范围从0到1之间。

当功率因数接近1时，
说明电路中的有功功率占据了主导地位，而无功功率相对较小，这样能够减少无功损耗，提高电路的效率。

功率因数提高的原理主要有以下几种：
1. 使用功率因数校正装置：功率因数校正装置是一种专门用于提高功率因数的设备，它可以通过自动补偿电路中的无功功率来降低无功功率的消耗，从而提高功率因数。

该装置通常包括电容器和电感器等元件，通过调节电路中的电容和电感的数值，可以使得电路的功率因数接近1。

2. 优化电流和电压波形：电流和电压波形的畸变也会导致功率因数下降。

因此，通过优化电流和电压波形可以提高功率因数。

采用谐振电路、滤波电路等电路设计手段可以改善电流和电压的波形质量，减小谐波分量，从而提高功率因数。

3. 节约能源：降低电路的无功功率消耗是提高功率因数的重要方法之一。

通过优化电路设计、合理配置电源设备，避免不必要的无功功率消耗，可以减小无功功率的损耗，从而提高功率因数。

综上所述，通过使用功率因数校正装置、优化电流和电压波形
以及节约能源等方式可以有效地提高功率因数，从而提高电路的效率和能源利用率。

《电工技术》知识点：功率因数的提高工厂的电器设备多为感性负载（等效为R -L 串联电路），导致功率因数低。

日光灯（R -L 串联电路）： =ϕcos 0.5~0.6例如：=ϕc o s 0.2~0.3=ϕc o s 0.7~0.9电动机 空载： 满载： 功率因数低会带来什麽问题问题 例40W ，220V 白炽灯 =ϕcos 1===U I P 2200.182A 40=P UI cos ϕ40W ，220V 日光灯 =ϕcos 0.5对发电与供 电设备的容 量要求较大⨯===ϕU I P cos 2200.50.364A 40电路功率因数低带来的问题cos φ降低，电源发出的有功功率减小，无功功率则相应增大。

供电设备有一大部分能量用于与负载间进行交换。

供电设备的容量不能充分利用=P UI cos ϕ电路功率因数低带来的问题=P UI cos ϕP 、U 一定时， cos φ愈低，I 愈大。

增加线路与电机绕组的功率损耗供电局一般要求用户的cos φ>0.85提高功率因数的方法原则：在不改变负载工作条件下，减小电压与线电流间的相位差（φ愈小，cosφ愈大）。

采取什么方法呢？增加电容元件（其无功功率是负的，可与电感正的无功功率相互补偿）。

串联还是并联电容？串联电容不行！影响负载的工作电压。

并联电容 I CUI RL负载+－IC一般不可能严格补偿到cos φ=1I Cφ减小， 仍呈电感性 UI RLIcos φ<1并联电容、 同相， 呈电容性cos φ<1cos φ=1I CI CUUI II RLI RLIU并联补偿电容后的效果用户发电厂I CUI RL负载+－ICI CUI RLI用户（R -L 负载）的电压和电路参数没有改变，因此它的I 、P 、cos φ、Q 均没有改变！对供电设备而言，总负载（R -L //C）的 cos φ 变大；总电流I 、无功功率Q 变小；总的有功功率P 不变（电路中只有R 消耗有功功率）。

提高功率因数的方法在电力系统中，功率因数是一个非常重要的参数，它直接影响着电力系统的稳定性和效率。

功率因数是指有功功率与视在功率的比值，是衡量电路中有用功率和无用功率之间关系的一个重要参数。

功率因数越接近1，电路中的无用功率越小，系统效率越高。

因此，提高功率因数对于提高电力系统的效率和稳定性至关重要。

那么，如何提高功率因数呢？下面将介绍一些提高功率因数的方法。

1. 安装功率因数校正装置。

功率因数校正装置是一种能够改善电路功率因数的设备，它能够通过补偿电路中的无功功率，使得整个电路的功率因数得到提高。

通常情况下，电容器是功率因数校正装置的核心部件，它能够补偿电路中的无功功率，从而提高功率因数。

因此，在电力系统中安装功率因数校正装置是一种常见的提高功率因数的方法。

2. 优化电力系统设计。

在电力系统设计阶段，合理设计电路结构和布置设备，可以有效地提高功率因数。

例如，合理选择变压器的容量和接线方式，合理选择电容器的容量和安装位置等，都可以对功率因数产生积极的影响。

因此，在电力系统设计阶段就应该充分考虑功率因数的问题，从而优化电力系统设计，提高功率因数。

3. 控制非线性负载。

非线性负载会导致电路中产生谐波，从而影响功率因数。

因此，控制非线性负载是提高功率因数的重要手段之一。

采用滤波器、谐波抑制器等设备，可以有效地抑制非线性负载产生的谐波，从而提高功率因数。

4. 合理运行设备。

合理运行设备也可以对功率因数产生影响。

例如，合理调节电动机的负载率，避免长时间低负载运行，可以有效地提高功率因数。

此外，合理选择电气设备的使用时段，避免高峰期集中使用电气设备，也可以对功率因数产生积极的影响。

5. 定期检测和维护。

定期检测电力系统的功率因数，并进行必要的维护和调整，可以保持电力系统的功率因数在合理范围内。

及时发现和解决功率因数问题，可以有效地提高电力系统的效率和稳定性。

综上所述，提高功率因数是电力系统运行中非常重要的一环。

功率因数提高课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解功率因数的概念，掌握功率因数的计算公式；2. 学生能够了解提高功率因数的重要性，知道不同提高功率因数的方法及其适用场景；3. 学生能够解释功率因数与电力系统效率、电能损耗之间的关系。

技能目标：1. 学生能够运用计算公式进行实际电路的功率因数计算；2. 学生能够设计简单的功率因数提高电路，并进行相关参数的计算；3. 学生能够分析实际电路中功率因数提高前后的效果差异。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术的兴趣，激发学生探索科学的精神；2. 增强学生的节能环保意识，认识到提高功率因数在实际生活中的应用价值；3. 培养学生的团队协作精神，提高学生在实际操作中解决问题的能力。

课程性质分析：本课程属于电学领域，涉及电路分析、电力电子技术等方面知识，旨在培养学生的理论联系实际能力。

学生特点分析：学生处于高年级阶段，已具备一定的电学基础知识，对实际应用有较高的兴趣，具备一定的自主学习能力。

教学要求：结合学生特点，课程设计应注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力和实际操作技能，同时关注情感态度价值观的培养。

通过本课程的学习，使学生能够达到上述具体的学习成果。

二、教学内容1. 理论知识：- 功率因数的定义、计算公式及其物理意义；- 功率因数与电路效率、电能损耗的关系；- 提高功率因数的方法及其适用场景。

教材章节：《电路分析与电子技术》第3章第4节“功率因数的提高”。

2. 实践操作：- 功率因数的测量与计算；- 简单功率因数提高电路的设计与搭建；- 分析比较不同功率因数提高方法的实际效果。

3. 教学大纲：- 第一阶段（1课时）：导入功率因数的概念，讲解计算公式，分析功率因数与电路性能的关系；- 第二阶段（2课时）：介绍提高功率因数的方法，分析各种方法的优缺点；- 第三阶段（2课时）：实践操作，分组进行功率因数测量、计算及提高电路的设计、搭建与效果分析。

功率因数的提高原理
功率因数的提高原理主要是通过调整电路中的电流和电压之间的相位差来改善功率因数。

功率因数是衡量电路中有用功率与总视在功率之间关系的一个指标，其数值范围在-1到1之间。

当功率因数为正数时，电路中的有用功率和视在功率同向，能够充分利用电能；当功率因数为负数时，电路中的有用功率和视在功率反向，电能的利用效率会降低。

提高功率因数的原理是通过安装功率因数校正设备或者调整电路中的电容器来改变电流和电压之间的相位关系，以使功率因数接近1。

具体而言，这些设备或电容器可通过引入合适的电感元件来改变电路的阻抗，从而使电流和电压之间的相位差减小。

当电路中添加了合适的电容器后，电容器的感抗会与电路的电感抗相抵消，从而降低了电路的总阻抗。

这样一来，电路中的电流和电压之间的相位差就会减小，功率因数也会相应提高。

通过调整电路中的电容器容值或者电流通过电容器的大小，可以进一步调节功率因数的数值，以满足实际需求。

通过提高功率因数，可以降低电路中的无功功率损耗，提高电能的利用效率。

在实际应用中，提高功率因数可以减少电路的电流、降低线路的损耗和散热，并且有助于提高电网的供电质量。

因此，对于需要大量耗电的工业和商业设施来说，提高功率因数是非常重要的。

提高功率因数的意义和方法
一、提高功率因数的意义
1．充分利用供电设备的容量，使同样的供电设备为更多的用电器供电
每个供电设备都有额定的容量，即视在功率S UI =。

供电设备输出的总功率S 中，一部分为有功功率cos P S ϕ=，另一部分为无功功率sin Q S ϕ=。

ϕcos 越小，电路中的有功功率cos P S ϕ=就越小，提高ϕcos 的值，可使同等容量的供电设备向用户提供更多的功率。

因此，提高供电设备的能量的利用率。

2．减少供电线路上的电压降和能量损耗
我们知道，cos P IU ϕ=，/(cos )I P U ϕ=，故用电器的功率因数越低，则用电器从电源吸取的电流就越大，输电线路上的电压降和功率损耗就越大；用电器的功率因数越高，则用电器从电源吸取的电流就越小，输电线路上的电压降和功率损耗就越小。

故提高功率因数，能减少供电线路上的电压降能量损耗。

二、提高功率因数的方法
1．合理选用电器设备及其运行方式
a. 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；
b. 调整负荷，提高设备的利用率，减少空载、轻载运行的设备；
c. 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。

2．在感性负载上并联电容器提高功率因数
感性负载电路中的电流落后于电压，并联电容器后可产生超前电压90︒的电容支路电流，抵减落后于电压的电流，使电路的总电流减小，从而减小阻抗角，提高功率因数。

用串联电容器的方法也可提高电路的功率因数，但串联电容器使电路的总阻抗减小，总电流增大，从而加重电源的负担，因而不用串联电容器的方法来提高电路的功率因数。

正弦交流电路功率因素提高 一、功率因数的提高正弦交流电路中，负载从电源接受的有功功率ψλcos UI UI P ==除了与负载的电压、电流有效值有关外，还与负载的功率因数λ有关，而负载的功率因数决定于负载的阻抗角ψ。

电阻负载(如电灯、电炉)的功率因数为1，而占负载大部分的感应电动机是感性的，其功率因数一般在O.7～O.85左右；其它如日光灯、感应加热装置，也是功率因数低的感性负载。

负载功率因数不等于1，它的无功功率就不等于零，这意味着它除从电源接受能量外，还与电源不断交换能量，功率因数越低，交换部分所占的比例越大。

负载的功率因数低，使电源设备的容量不能得到充分利用。

因为电源设备的额定容量等于额定电压和额定电流的乘积，它们运行时的电压和电流不能超过额定值。

在相同的电压和输出电流的情况下，负载的功率因数越低，发电机或变压器能供给的有功功率越少。

例如一台1000kVA 的变压器，当功率因数ψcos =1时，这台变压器的输出功率是1000kW ；而当功率因数ψcos =0.7时，它只能输出1000×0.7=700kW 的功率了。

所以为了充分利用发电机或变压器，必须尽量提高功率因数。

负载的功率因数过低，在供电线路上要引起较大的能量损耗和电压降低。

在一定的电压下向负载输送一定的有功功率时，负载的功率因数越低，通过线路的电流ψcos U P I =越大，导线电阻的能最损耗和导线阻抗的电压降落越大。

线路电压降落增大，引起负载电压的降低，影响负载的正常工作，如电灯不够亮，电动机转速降低等。

提高用电的功率因数，能使电源设备的容量得到合理的利用，能减少输电电能损耗，又能改善供电的电压质量，所以功率因数是电力经济中的一个重要指标，应该努力提高用电的功率因数。

一般负载都是感性的，即通常所说的功率因数滞后。

对于感性负载，提高功率因数的最常用方法是采用电容器和负载并联。

设有一电感性负载(下图3-45（a ）中用串联的R 、L 来代表)，其端电压为U ，有功功率为P ，现要求把它的功率因数从1cos ψ提高到2cos ψ，试决定需要并联多大的电容。

提高功率因数的方法1.设备选择法合理选择供配电设备与用电设备的容量，改善使用方式或状态，减小无功功率，在不采取特种补偿装置的条件下，在设备与用电方面采取必要的措施，以提高功率因数。

（1）选择电动机功率一般异步电动机在额定负载时功率因数为0.85～0.89，空载时为0.2～0.3。

实际应用中异步电动机无功功率消耗量约占企业无功总耗量较大，因此，必须调整电动机配置，按照实际负载选用电动机，接近满载状态运行。

（2）保证变压器负载经济运行变压器负载低于最低经济负载时，必须合理更换相应容量的变压器。

如用电很少时，可将负载集中到1台变压器。

（3）限制设备空载运行对设备空载运行持续时间超5min的中小型电动机或电焊机应及时停机；机床上采用负载限制器，电焊机安装空载自停装置。

（4）合理选择照明灯具选择高功率因数照明灯具，在荧光灯镇流器上加电容器，功率因数可达90%。

（5）合理选用同步电动机在生产工艺条件允许时，功率在250kW 以上的电动机负载比较稳定，应选用同步电动机在过励磁方式下运行，提高自然功率因数。

2.人工补偿法采用补偿装置，对供用电设备所需的无功功率人工补偿。

通常是电力电容器或移相电容器或补偿电容器、调相机等。

人工补偿法比较普及，电容器补偿优点是有功损耗小，一般为无功容量的0.3%～0.5%。

采用调相机补偿，有功损耗分别为满载时占额定功率的1.8%～5.5%、半载时为2.9%～9%、带1/4负载时高达5%～15%。

采用电容器补偿效益较高，但使用寿命较短，一般使用期限为10～15年，切除后剩有残余电荷，不允许在1.1倍额定电压下长时间运行。

（1）提高功率因数与线损降低率的关系如下表。

（2）提高变压器负载的功率因数。

变压器的效率随输出功率变化的同时，也随负荷的功率因数变化。

功率因数降低时，效率相应降低，因此需要提高功率因数。

在变压器二次侧进行无功功率补偿可降低变压器损耗，同时无功功率补偿还可降低高压电网的线损，提高变压器的负载能力，改善用户的电压质量。

提高功率因数的意义和方法说课稿《提高功率因数的意义和方法》说课稿各位领导、评委、老师，大家好～今天我说课的题目是《提高功率因数的意义和方法》。

下面我从五个方面来阐述该节内容。

一、教材分析1.该节在教材中的位置及意义《提高功率因数的意义和方法》选自中等职业教育国家规划教材《电工与电子技术》第三单元的第三、第四节。

该节内容用2学时完成。

此节内容是在学生已经学习了直流电路、交流电路的基础知识，并对视在功率、有功功率、无功功率、功率因数理解、掌握的情况下，学习提高功率因数的意义及方法。

能源问题是我国现在最重要的问题，提高能源利用率、节约能源是解决能源问题有效途径。

学生掌握提高能源利用率方法，并培养学生节约能源意识有着重要的现实意义。

2.教学目标的确定根据教学大纲及该内容的现实意义。

我对原教材作了一些处理，现确定教学目标如下: 认知目标:深刻地理解提高功率因数的意义;掌握提高感性负载功率因数的方法。

能力目标:把所学知识运用到生产实践中。

德育目标:培养学生节约能源意识。

教学重点:感性负载并联电容提高功率因数的方法教学难点:并联电容器的电容值与功率因数的关系。

二、学情分析中等职业学校学生的文化基础比较差，在初中没有养成良好的学习习惯。

因此在教学过程中，学生普遍感到电工电子原理枯燥难懂，学习情趣低。

以往的教学方式忽略学生的主体作用，忽视学生能力培养。

因此教师要更新头脑，运用教学智慧，研究新的教学方法，来激发学生的学习兴趣。

三、教法分析根据教学目标的要求，结合现有学生的学习情况，充分贯彻因材施教的原则，让学生的主体地位充分体现。

为此，这节课的教学中采用以下教学方法。

1.比较发现法好的导入能营造良好的课堂气氛，集中学生注意力，激发起学生的学习兴趣。

本节导入采用一例实际问题，让学生通过观看录像，自主思考，自主比较，发现无功功率补偿前后的不同点，功率因数的高低是电源设备利用率高低的关键，进而引入新课。

2.分组讨论法现代教育注重“以人为本”，注重培养学生能力，开发学生思维。