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电源技术之无功功率教程

2020-9-23 11:26:15  205 电源 功率 负载
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在直流电路中,“伏特x安培”的乘积给出了电路消耗的功率,单位为瓦特。但是,尽管该公式对于纯电阻AC电路也适用,但是在包含电抗性组件的AC电路中,情况会稍微复杂一些,因为此伏特乘积会随频率变化。

在交流电路,电压和电流的乘积表示为伏安(VA)或千伏安(千伏安)和被称为视在功率,符号小号。在诸如加热器,熨斗,水壶和灯丝灯泡等非电感性纯电阻电路中,它们的电抗实际上为零,因此电路的阻抗几乎完全由电阻组成。

对于交流电阻电路,电流和电压是同相的,并且可以通过将电压乘以该瞬间的电流来求出任何瞬间的功率,并且由于这种“同相”关系,均方根值可以是用于查找等效的直流功率或热效应。

但是,如果电路包含电抗性组件,则电压和电流波形将“异相”一定量,该量由电路相角确定。如果电压和电流之间的相角最大为90 o,则伏安乘积将具有相等的正值和负值。

换句话说,无功电路将与它消耗的功率一样多的功率返回给电源,导致电路消耗的平均功率为零,因为相同数量的能量不断交替地从电源流向负载并从负载流向负载。
由于我们有电压和电流,但没有功耗,因此P = IV(rms)的表达式不再有效,因此可以得出结论,交流电路中的伏安产品不一定提供消耗的功率。然后,为了确定“有功功率”(也称为有功功率,交流电路消耗的符号P),我们不仅要考虑伏安乘积,还要考虑给定电压和电流波形之间的相角差通过等式:VI.cosΦ。
然后,我们可以将视在功率与有功或有功功率之间的关系写为:


请注意,功率因数(PF)定义为有功功率(以瓦特为单位)与视在功率(以伏安为单位)之间的比率,并表示电能的使用效率。在无感电阻式交流电路中,当P / S的分数等于1或1时,有功功率将等于视在功率。电路功率因数可以表示为十进制值或百分比。
但是,除了交流电路中的有功功率和视在功率外,每当存在相角时,也会存在另一个功率分量。该分量称为无功功率(有时称为虚功率),以称为“伏安无功”(VAr)的单位Q表示,并由等式VI.sinΦ给出。

无功功率或VAr根本不是真正的功率,而是代表彼此异相的伏特和安培的乘积。无功功率是电力的一部分,有助于建立和维持交流设备所需的电场和磁场。交流电路中存在的无功功率的大小将取决于电压和电流之间的相移或相角,就像有功功率一样,“提供”无功功率为正,而“消耗”无功功率为负。

大多数类型的使用磁场的电气设备都使用无功功率,例如电动机,发电机和变压器。还需要在架空输电线路上提供无功损耗。
交流电路中功率,有功功率(瓦特),视在功率(VA)和无功功率(VAr)这三个元素的关系可以用直角三角形的三个边表示。这种表示称为幂三角,如下所示:
交流电路中的电源

从上面的功率三角形中,我们可以看到交流电路提供或消耗两种功率:有功功率和无功功率。同样,有功功率从不为负,而无功功率可以为正或负,因此降低无功功率始终有利于提高系统效率。

使用交流配电的主要优点是可以使用变压器来改变电源电压水平,但是家用电器,空调和工业设备的变压器和感应电动机都消耗无功功率,因为​​较大的导体会占用传输线上的空间并且需要变压器来处理您需要支付的较大电流。

使用一品脱啤酒的无功功率类比
在许多方面,可以认为无功功率就像一品脱或一杯啤酒上的泡沫头。您要向酒保支付一整杯啤酒的费用,但您只能喝实际的液态啤酒本身,在许多情况下,这种啤酒总是少于一整杯啤酒。

这是因为啤酒的顶部(或泡沫)占据了玻璃杯中额外的浪费空间,从而为您消耗的真实液态啤酒留出了更少的空间,并且对于无功功率在许多方面都是相同的想法。
但是对于许多工业电源应用,无功功率通常对于电路具有帮助。有功或有功功率是为运行电动机,加热房屋或照明电灯泡而提供的能量,而无功功率则提供了调节电压的重要功能,从而有助于通过公用电网和输电线路有效地移动功率。负载所需的位置。
虽然减少无功功率以帮助改善功率因数和系统效率是一件好事,但无功功率的缺点之一是需要足够数量的无功功率来控制电压并克服传输网络中的损耗。这是因为如果电网电压不够高,则无法提供有功功率。但是,网络中流过的无功功率过多会导致过热(I 2 * R损耗),不希望的压降以及沿传输线的功率损耗。

无功功率因数校正
避免无功电荷的一种方法是安装功率因数校正电容器。通常,住宅用户仅对以千瓦时(kWhr)消耗的有功功率计费,因为由于制造商在大多数家用电器中内置了功率因数校正电容器,因此几乎所有住宅和单相功率因数值都基本相同。

另一方面,使用三相电源的工业客户的功率因数差异很大,因此,电力公司可能必须考虑这些工业客户的功率因数,如果其功率因数降至以下,则需支付罚款规定值,因为公用事业公司向工业客户提供电力的成本更高,因为需要更大的导体,更大的变压器,更大的开关装置等来处理更大的电流。

通常,对于功率因数小于0.95的负载,需要更多的无功功率。对于功率因数值大于0.95的负载,由于可以更有效地消耗功率,因此被认为是良好的;功率因数为1.0或1的负载被认为是理想的,并且不使用任何无功功率。

然后我们看到“视在功率”是“无功功率”和“有功功率”的组合。有功功率或有功功率是仅包含电阻性组件的电路的结果,而无功功率则是包含电容性和电感性组件的电路的结果。几乎所有的交流电路都包含这些R,L和C分量的组合。

由于无功功率会脱离有功功率,因此必须在电气系统中加以考虑,以确保提供的视在功率足以提供负载。这是理解交流电源的关键方面,因为电源必须能够为任何给定负载提供必要的伏安(VA)电源。

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王栋春 2020-9-23 22:15:00
学习了解一下
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heminli 2020-9-24 02:30:20
学习一下。
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