新聞主題	柴油發(fā)電機功率因數的公式和名詞解釋

 

摘要：功率因數是衡量發(fā)電機效率高低的一個(gè)系數，通常以cosθ或cosΦ（cosφ）來(lái)進(jìn)行表達式。發(fā)電機功率因素的大小與電路的負荷性質(zhì)有關(guān)，如用電設備中的照明類(lèi)、電阻爐等電阻負荷的功率因數為1，而類(lèi)似于電動(dòng)機、空壓機、空調等具有電感性負載的電路功率因數都小于1。功率因數低，說(shuō)明無(wú)功功率大，從而降低了設備的利用率，增加了線(xiàn)路供電損失?？得魉构景l(fā)現很多業(yè)內技術(shù)員仍然對一些概念存有誤解，這為柴油發(fā)電機組的前期設計帶來(lái)諸多危害，有必要在此再加以澄清。

 

一、功率因數的由來(lái)和含義

 

      在電氣領(lǐng)域的負載有電阻、電容和電感3個(gè)形式。電阻是消耗功率的器件，電容和電感是儲存功率的器件。日常所用的交流電在純電阻負載上的電壓和電流是同相位的，即相位差q=0°；交流電在純電容負載上的電壓和電流關(guān)系是電流超前電壓90°（q=90°）；交流電在純電感負載上的電壓和電流關(guān)系是電流滯后電壓90°（q=-90°）。

      由圖1發(fā)電機功率關(guān)系圖可知，功率因數的定義是：

功率因素F=有功功率P/視在功率S=cosθ

      在電阻負載上的有功功率就是視在功率，即二者相等，所以功率因數φ=1。而在純電容和純電感負載上的電流和電壓相位差90°，所以功率因數φ=cosθ=cos90°=0，即在純電容和純電感負載上的有功功率為零，如圖2所示。

      從這里可以看出一個(gè)問(wèn)題，同樣是一個(gè)電源，對于不同性質(zhì)的負載其輸出的功率的大小和性質(zhì)也不同，因此可以說(shuō)負載的性質(zhì)決定著(zhù)電源的輸出。換言之，電源的輸出不取決于電源的本身，就像一座水塔的供水水流取決于水龍頭的開(kāi)啟程度。

      從上面的討論可以看出，功率因數是表征負載性質(zhì)和大小的一個(gè)參數。而且一般說(shuō)一個(gè)負載只有一種性質(zhì)，就像一個(gè)人只有一個(gè)身份證號碼一樣。這種性質(zhì)的確定是從負載的輸入端看進(jìn)去，稱(chēng)為負載的輸入功率因數。一個(gè)負載電路完成了，它的輸入功率因數也就定了。

      比如UPS作為發(fā)電機的負載而言，比如六脈沖整流輸入的UPS，其輸入功率因數就是0.8，不論前面是市電電網(wǎng)還是發(fā)電機，比如要求輸入100kVA的視在功率，都需要向前面的電源索取80kW的有功功率和60kvar的無(wú)功功率。如果UPS的輸入功率因數是0.6，就需要向前面的電源索取60kW的有功功率和80kvar的無(wú)功功率。像這樣的輸出分配，前面電源是“無(wú)權”決定的。

 

圖1  功率因素關(guān)系圖與計算公式

圖2  發(fā)電機功率因素示例圖

 

 

二、發(fā)電機功率因素的確定

 

      多數發(fā)電機的功率因數為0.8，個(gè)別的功率因數可達0.85或0.9。

      一般情況下，功率因數由額定值到1.0的范圍內變化時(shí)，發(fā)電機的出力可以保持不變，但為保持系統的靜態(tài)穩定，要求功率因數不能超過(guò)0.95，也就是無(wú)功負荷不得小于有功負荷的1/3。當發(fā)電機的功率因數低于額定值時(shí)，由于轉子電流增大，會(huì )使轉子溫度升高，此時(shí)，應調整負荷，降低發(fā)電機的出力。否則，轉子溫度可能超出極限值。所以，運行時(shí)值班人員必須注意調整負荷，使轉于電流不超過(guò)在該冷卻空氣進(jìn)口溫度下的允許值。一般地，功率因數都是0.8-0.9左右吧！這個(gè)要根據這臺柴油發(fā)電機組所規定的功率因數參數和電網(wǎng)的要求。

 

圖3  發(fā)電機功率因素負載關(guān)系曲線(xiàn)圖

發(fā)電機功率因素空載關(guān)系特性曲線(xiàn)

 

三、功率的影響因素

 

1、無(wú)功功率的影響

      功率因素與有功功率、無(wú)功功率的關(guān)系如圖5所示。由Q=UIsinΦ和P=UIcosΦ公式可得知，若柴油發(fā)電機組發(fā)出的無(wú)功越多，功率因數就是減小，在發(fā)電機輸出功率不變的情況下，機端的電壓會(huì )升高。無(wú)功越多，勵磁電流就會(huì )增大，柴油發(fā)電機組的定、轉子溫度會(huì )有所升高，過(guò)高的話(huà)，兩者的絕緣可能也會(huì )受到威脅呢。反之，如果功率因數過(guò)高，，柴油發(fā)電機組所發(fā)的無(wú)功功率就是很少啦！機端電壓也會(huì )降低，就會(huì )降低運行的穩定性很容易失步或有可能會(huì )造成柴油發(fā)電機組進(jìn)行運行，所以柴油發(fā)電機組運行時(shí)，注意機端電壓在規定值，異常就需要進(jìn)行調節（如圖6所示），調節到保證柴油發(fā)電機組不進(jìn)相運行就可以了。

2、發(fā)電機功率因素限值

      為了保證柴油發(fā)電機組的穩定運行，發(fā)電機的功率因數一般不應超過(guò)遲相0.95運行，或無(wú)功負荷應不小于有功負荷的1/3。在發(fā)電機自動(dòng)調整勵磁裝置投入運行的情況下，必要時(shí)發(fā)電機可以在功率因數為1.0的情況下短時(shí)運行，長(cháng)時(shí)間運行會(huì )引起發(fā)電機的振蕩和失步。目前大柴油發(fā)電機組基本上不允許進(jìn)相運行，有的大柴油發(fā)電機組正在進(jìn)行進(jìn)相試驗，運行人員應根據本柴油發(fā)電機組的情況及時(shí)調整。當功率因數低于額定值時(shí)，發(fā)電機出力應降低，因為功率因數越低，定子電流中的無(wú)功分量越大，轉子電流也必然增大，這會(huì )引起轉子電流超過(guò)額定值而使其繞組發(fā)生過(guò)熱現象，試驗證明，當功率因素等于0.7時(shí)，發(fā)電機的出力將減少8%。因此發(fā)電機在運行中，若其功率因數低于額定值時(shí)，值班人員必須及時(shí)調整，使出力盡量帶到允許值，而轉子電流不得超過(guò)額定值。

3、功率因數的影響

     功率因數過(guò)高或過(guò)低對發(fā)電機運行有影響，主要是指在滿(mǎn)負荷的情況下。

（1）當有功負荷滿(mǎn)發(fā)時(shí)，cosφ過(guò)高即無(wú)功過(guò)低，減少系統的無(wú)功裕量，會(huì )影響發(fā)電機的穩定性。雖然提高了經(jīng)濟性，但從長(cháng)遠來(lái)看，這是以增加事故的概率換來(lái)的，一旦有突發(fā)事故發(fā)生，發(fā)電機可能經(jīng)受不起小的擾動(dòng)或震蕩，有可能失步。

（2）無(wú)功過(guò)低將引起發(fā)電機端電壓下降，使電動(dòng)機受影響。電動(dòng)機吸取的電流上升，而使電壓更低，形成惡性循環(huán)，可能導致整個(gè)系統失去穩定運行而崩潰。

（3）功率因素過(guò)高還會(huì )增加發(fā)電機進(jìn)相運行的機會(huì )，使發(fā)動(dòng)機端部容易發(fā)熱。

（4）功率因素過(guò)低即無(wú)功過(guò)高，勵磁電流上升，轉子繞組溫度上升，壽命縮短。

（5）功率因素過(guò)低使得發(fā)電機端電壓上升，鐵芯內磁通密度增加，損耗也增加，鐵芯溫度上升。

（6）當發(fā)電機在額定負荷下運行時(shí)，功率因素過(guò)低，發(fā)動(dòng)機的勵磁電流、定子電流增加，將使設備發(fā)熱，增加了設備老化、開(kāi)關(guān)跳閘等機會(huì )。

 

圖5  發(fā)電機功率因素與有功、無(wú)功功率關(guān)系圖

圖6  發(fā)電機無(wú)功功率調節示意圖

 

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