1、國家中等職業教育改革開展示范學校建設機電技術應用專業電工基礎教案祿豐縣職業高級中學二o一五年一月祿豐縣職業高級中學電工基礎授課教師執教班級授課日期年 月日課題學習任務十：提高功率因數的意義和方法教 學 目 標知識與技能1、在實際中提高功率因數2、提高功率因數的幾種方法3、并聯電容器的補償方法4、影響功率因數的主要因素5、低壓配電網無功補償的方法6、無功補償的效益對學生基礎 的要求1、深刻理解提高功率因數的意義2、掌握提高感性負載功率因數的方法3、能正確使用、安裝和檢測常用補償裝置4、把所學知識運用到生產實踐中情感與態度培養學生節約能源意識教學重點提高功率因數的方法教學難點并聯電容器補償方法教學

2、方法講授法、多媒體教學法、小組討論法、角色扮演法、任務布置法教學課時教學準備多媒體教室、實驗室教學教程教學內容教師活動學生活動【課程導入】1、課程回顧 2、新課導入1、知識內容回顧 教師提問：（1）三相交流電相關概念（2）什么是星形接法？（3）什么是三角接法？（4）三相四線制電源的線電壓和相電壓 的關系（5）2、新課導入案例：某校隨著辦學規模擴大，增設電焊專 業、數控專業。在設備增加變壓器容量不 變的情況下，只能進行無償功率補償，以 提高供電設備的利用率。補償前，有功功 率16KW,功率因數0.5。補償后，有功功 率33KW,功率因素0.95o補償前后有功 功率差為17KWo這樣在不改變變壓器

3、容 量的前提下，增加了帶負載能力。（1）補償后如何提高帶負載能力？通過此案例，引出提高功率因數的意 義和方法。1、學生根據教師提問，回答下列問題。（1）認真聽教師提出的問題（2）回憶上節課學習的對應局部內容（3）翻閱筆記及教材梳理知識內容（4）回答教師提問（5）加深記憶印象2、學生閱讀案例內容，分析案例情景。（1）學生閱讀案例內容（2）分析案例內容（3）根據教師提問，查閱相關資料，翻閱教 材（4）展開小組討論祿豐縣職業高級中學【新授】一、在實際中提 高功率因數1【新授】一、在實際中提 高功率因數自學任務：教師布置自學內容，指導 學生閱讀教材，總結在實際生活中提 高功率因數的幾方面意義。在實際用

4、電過程中，提高負載的功率 因數是最有效地提高電力資源利用率的 方式。在現今可用資源接近匱乏的情況下， 除了盡快開發新能源外，更好利用現有資 源是我們解決燃眉之急的唯一方法。而對 于目前人類所大量使用和無比依賴的電 能使用，功率因數將是重中之重。1、學生根據教師布置的自學任務，閱讀教材 內容，總結提高功率因數重要意義：1）提高用電質量，改善設備運行條件， 可保證設備在正常條件下工作，這就有利于 安全生產。2）可節約電能，降低生產本錢，減少企 業的電費開支。例如：當cos0=O.5時的損耗 是cos0=l時的4倍。3）能提高企業用電設備的利用率，充分 發揮企業的設備潛力。4）可減少線路的功率損失，

5、提高電網輸 電效率。5）因發電機的發電容量的限定，故提高 COS0也就使發電機能多出有功功率。二、提高功率因 數的幾種方法1、提高自然因數 的方法二、提高功率因 數的幾種方法1、提高自然因數 的方法2、人工補償法（1）恰中選擇電動機容量，減少電動機 無功消耗，防止“大馬拉小車”。（2）對平均負荷小于其額定容量40%左 右的輕載電動機，可將線圈改為三角形接 法（或自動轉換）。（3）防止電機或設備空載運行。（4）合理配置變壓器，恰當地選擇其容 量。（5）調整生產班次，均衡用電負荷，提 高用電負荷率。（6）改善配電線路布局，防止曲折迂回 等。2、人工補償法實際中可使用電路電容器或調相機， 一般多采用

6、電力電容器補嘗無功，即：在 感性負載上并聯電容器。一下為理論解 釋：在感性負載上并聯電容器的方法可 用電容器的無功功率來補償感性負載的 無功功率，從而減少甚至消除感性負載于 電源之間原有的能量交換。在交流電路中，純電阻電路，負載中 的電流與電壓同相位，純電感負載中的電1、學生觀看課件展示提高自然因數的方法, 結合教材內容總結提高自然因數的方法。（1）學生觀看課件展示（2）閱讀教材相關內容，查閱相關信息（3）歸納總結提高自然因數的方法2、學生觀看課件展示內容，聽教師講授，了 解提高功率因數的人工補償法，即：在感性 負載上并聯電容器。祿豐縣職業高級中學流滯后于電壓90。，而純電容的電流那么超 前于

7、電壓90。，電容中的電流與電感中的 電流相差180,能相互抵消。電力系統中的負載大局部是感性 的，因此總電流將滯后電壓一個角度，如 圖1所示，將并聯電容器與負載并聯，那么 電容器的電流將抵消一局部電感電流，從 而使總電流減小，功率因數將提高。三、并聯電容器 的補償方法又可 分為三、并聯電容器 的補償方法又可 分為1、個別補償2、分組補償3、集中補償4、無功補償我來當老師：教師將全班同學分為四個小組，將四 種補償方法隨機布置給四個小組。要求每 個小組合作查找收集相關資料，之后每個 小組派出代表依次為大家介紹講解本組 分到的補償方法，其余同學認真聽。.個別補償即在用電設備附近按其本身無功功 率的需

8、要量裝設電容器組，與用電設備同 時投入運行和斷開，也就是再實際中將電 容器直接接在用電設備附近。適合用于低 壓網絡，優點是補嘗效果好，缺點是電容 器利用率低。.分組補償即將電容器組分組安裝在車間配電 室或變電所各分路出線上，它可與工廠部 分負荷的變動同時投入或切除，也就是再 實際中將電容器分別安裝在各車間配電 盤的母線上。優點：電容器利用率較高且補嘗效果也較 理想（比擬折中）。.集中補償即把電容器組集中安裝在變電所的 一次或二次側的母線 上。在實際中會將 電容器接在變電所的高壓或低壓母線上， 電容器組的容量按配電所的總無功負荷 來選擇。優點：1、我來當老師（1）教師對四個小組隨機布置講解任務，

9、如 第一組準備講解個別補償（2）根據教師布置下的講解任務，小組合作 查找相關資料，收集匯總并整理信息（3）小組選派代表為大家講解補償方法（例 如：個別補償）（4）四個小組輪流講解，直至完畢。（5）教師指導整個活動的進行，對講錯的地 方予以糾正，對漏講的地方進行知識補充（6）教師點評總結此次活動2、在其余小組講解補償方法時，要認真聽, 并記錄重點下重點知識內容。3、不清楚和疑惑的地方要及時提問。祿豐縣職業高級中學是電容器利用率高，能減少電網和用 戶變壓器及供電線路的無功負荷。缺點:不能減少用戶內部配電網絡的 無功負荷。實際中上述方法可同時使用。對較大 容量機組進行就地無功補嘗。.無功補償就其概念

10、而言早為人所知，它就是借 助于無功補償設備提供必要的無功功率， 以提高系統的功率因數，降低能耗，改善 電網電壓質量。無功補償的合理配置原那么, 從電力網無功功率消耗的基本狀況可以 看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一 定數量的無功功率，尤以低壓配電網所占 比重最大。為了最大限度地減少無功功率 的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無 功補償設備的配置，應按照“分級補償， 就地平衡”的原那么，合理布局。4、學生總結無功補償的兒點考前須知。（1）教師指導學生閱讀教材內容，查閱相關 資料（2）小組討論，總結內容：1）總體平衡與局部平衡相結合，以局部為主。 2）電力部門補償與用戶補償相結合。在配電網絡中，

11、用戶消耗的無功功率約占 50%60%,其余的無功功率消耗在配電網 中。因此，為了減少無功功率在網絡中的輸 送，要盡可能地實現就地補償，就地平衡， 所以必須由電力部門和用戶共同進行補償。 3）分散補償與集中補償相結合，以分散為主。 集中補償是在變電所集中裝設較大容量的補 償電容器。分散補償，指在配電網絡中分散 的負荷區，如配電線路，配電變壓器和用戶 的用電設備等進行的無功補償。4）降損與調壓相結合，以降損為主。四、影響功率因 數的主要因素討論：影響功率因數的主要因素有哪 些？四、影響功率因 數的主要因素功率因數的產生主要是因為交流用 電設備在其工作過程中，除消耗有功功率 外，還需要無功功率。當有

12、功功率P一定 時，如減少無功功率Q,那么功率因數便能 夠提高。在極端情況下，當Q=0時，那么其 力率=1。因此提高功率因數問題的實質就 是減少用電設備的無功功率需要量。1、異步電動機和電力變壓器是耗用無功 功率的主要設備2、供電電壓超出規定范圍也會對功率因 數造成很大的影響3、電網頻率的波動也會對異步電機和變 壓器的磁化無功功率造成一定的影響 4、以上論述了影響電力系統功率因數的 一些主要因素，因此必須要尋求一些行之 有效的、能夠使低壓電力網功率因數提高 的一些實用方法，使低壓網能夠實現無功1、學生分組討論影響功率因數的主要因素（1）學生根據教師提出的討論問題進行查 找資料（2）歸納整理收集到

13、的信息，根據收集到的 信息展開小組內討論（3）小組交換意見，總結答案（4）各個小組匯報總結內容（5）教師指導學生總結得出正確答案：1）異步電動機和電力變壓器是耗用無功功 率的主要設備2）供電電壓超出規定范圍也會對功率因數 造成很大的影響3）電網頻率的波動也會對異步電機和變壓 器的磁化無功功率造成一定的影響祿豐縣職業高級中學的就地平衡，到達降損節能的效果。五、低壓配電網 無功補償的方法 1、隨機補償 五、低壓配電網 無功補償的方法 1、隨機補償 2、隨器補償 3、跟蹤補償隨機補償就是將低壓電容器組與電 動機并接，通過控制、保護裝置與電機， 同時投切。隨機補償適用于補償電動機的 無功消耗，以補勵磁

14、無功為主，此種方式 可較好地限制用電單位無功負荷。 隨機補償的優點是：用電設備運行時，無 功補償投入，用電設備停運時，補償設備 也退出，而且不需頻繁調整補償容量。具 有投資少、占位小、安裝容易、配置方便 靈活，維護簡單、事故率低等。2、隨器補償隨器補償是指將低壓電容器通過低 壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配 電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕 載或空載時的無功負荷主要是變壓器的 空載勵磁無功，配變空載無功是用電單位 無功負荷的主要局部，對于輕負載的配變 而言，這局部損耗占供電量的比例很大， 從而導致電費單價的增加。隨器補償的優點：接線簡單、維護管理方 便、能有效地補償配變空載無功，限制農

15、 網無功基荷，使該局部無功就地平衡，從 而提高配變利用率，降低無功網損，具有 較高的經濟性，是目前補償無功最有效的 手段之一。3、跟蹤補償跟蹤補償是指以無功補償投切裝置 作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償 在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用 于lOOkVA以上的專用配變用戶，可以替 代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。 跟蹤補償的優點是運行方式靈活，運行維 護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對 延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝 置復雜、首期投資相對較大。但當這三種1、學生閱讀教材，總結低壓配電網無功補償 的方法。提高功率因數的主要方法是采用低壓無 功補償技術，我們通常采用的方法主

16、要有三 種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。2、學生觀看課件，聽教師的講解，掌握低壓 配電網無功補償的三種方法，繪制知識總結 表格。（1）學生觀看課件展示內容（2）根據教師講授掌握低壓配電網無功補 償的三種方法（3）繪制知識梳理表格，理解記憶并區分三 種補償方法。低壓配電網無功 補償的方法內容隨機補償隨機補償就是將低 壓電容器組與電動 機并接，通過控制、 保護裝置與電機，同 時投切。隨器補償隨器補償是指將低 壓電容器通過低壓 保險接在配電變壓 器二次側，以補償配 電變壓器空載無功 的補償方式。跟蹤補償跟蹤補償是指以無 功補償投切裝置作 為控制保護裝置，將 低壓電容器組補償 在大用戶0.4kv母線

17、祿豐縣職業高級中學6六、無功補償的效益1、節省企業電費 開支2、提高設備的利 用率3、降低系統的能 耗4、改善電壓質量 5、三相異步電動 機通過就地補償補償方式的經濟性接近時，應優先選用跟 蹤補償方式。討論：在現代用電企業中，采用無功補償的 方式有什么樣的重要意義？ 1、節省企業電費開支提高功率因數對企業的直接經濟效 益是明顯的，因為國家電價制度中，從合 理利用有限電能出發，對不同企業的功率 因數規定了要求到達的不同數值，低于規 定的數值，需要多收電費，高于規定數值， 可相應地減少電費。可見，提高功率因數 對企業有著重要的經濟意義。2、提高設備的利用率對于原有供電設備來講，在同樣右功 功率下，

18、因功率因數的提高，負荷電流減 少，因此向負荷傳送功率所經過的變壓 器、開關和導線等供配電設備都增加了功 率儲藏，從而滿足了負荷增長的需要；如 果原網絡已趨于過載，由于功率因數的提 高，輸送無功電流的減少，使系統不致于 過載運行，從而發揮原有設備的潛力；對 尚處于設計階段的新建企業來說那么能降 低設備容量，減少投資費用，在一定條件 下，改善后的功率因數可以使所選變壓器 容量降低。因此，使用無功補償不但減少 初次投資費用，而且減少了運行后的基本 電費。3、降低系統的能耗補償前后線路傳送的有功功率不變， P= IUC0S4）,由于COS提高，補償后的 電壓U2稍大于補償前電壓U1,為分析問 題方便，

19、可認為U2U1從而導出I1C0S （1）1=I2COS4）2o 即 11/12= COS COS。1, 這樣線損P減少的百分數為：A P%= （1-I2?/I12）X1OO%= （1- COS2（1）1/ COS202） X 100%當功率因數從0.700.85提高到0.95時，上的補償方式。1、學生查閱資料，討論總結無功補償的重要 意義。（1）根據教師提出的討論問題，學生進行思 考（2）針對問題，學生查閱相關資料，閱讀教 材內容，信息（3）小組交流，總結答案在現代用電企業中，在數量眾多、容量 大小不等的感性設備連接于電力系統中，以 致電網傳輸功率除有功功率外，還需無功功 率。如自然平均功率因

20、數在0.700.85之間。 企業消耗電網的無功功率約占消耗有功功率 的60%90%,如果把功率因數提高到0.95左 右，那么無功消耗只占有功消耗的30%左右。 由于減少了電網無功功率的輸入，會給用電 企業帶來效益。2、學生歸納總結無功補償的效益（1）學生觀看課件（2）根據教材內容結合教師講授，掌握無功 補償的效益（3）總結歸納無功補償的幾方面效益：1）節省企業電費開支 2）提高設備的利用率 3）降低系統的能耗祿豐縣職業高級中學7由式可求得有功損耗將降低20% 45% o4、改善電壓質量以線路末端只有一個集中負荷為例， 假設線路電阻和電抗為R、X,有功和無功 為P、Q,那么電壓損失AU為： U= ( PR+QX) /UeX10-3(KV)兩局部 損失：PR/Ue-輸送有功負荷P產生的； QX/Ue-輸送無功負荷Q產生的；配電線路：X二(2-4) R, ZSU大局部為 輸送無功負荷Q產生的變壓器：X= (5-10) R QX/Ue=(510) PR/ Ue變壓器AU幾乎全為輸送