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功率因素校正教程(二)

2020-9-27 10:00:14  214 电源 功率 电路
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功率因数校正示例2
线圈的电阻为10Ω,电感为46mH。如果在连接到100Vrms,60Hz电源时消耗5安培的电流,请计算:1)组件两端的电压。2)电路的相角。3)串联RL电路消耗的不同功率。


首先找到阻抗

1)电阻V R和电感V L两端的电压

2)电路的相角

3)电路功率

我们可以确认,当S = I 2 Z时,电路汲取了500VA的复数功率,因此5 2 x 20 = 500VA,并且构造一个三角形功率也将确认这是正确的。然而,由于电压引导电流(ELI)所通过的相角(θ)也很大,导致0.5的功率因数滞后(cos60 o)滞后,串联RL电路消耗的这种复杂或视在功率很大。因此,我们需要通过向线圈添加更多的电抗来抵消一些电感性无功功率(433 VAR),以维持线圈磁场,但该电感与电路的类型相反。
我们是否应该关注线圈的低功率因数。是的,因为功率因数是线圈的有功功率与其视在功率的比值(瓦/伏安),所以它表明了所供应的电能的使用效率。因此,低功率因数意味着所提供的电功率无法像上面的示例线圈中那样得到充分利用,在功率因数为50%(W / VA = 250/500)时,仅需500VA即可产生250W的有功功率。如果线圈的电感电抗为正,则必须添加一些负的电容电抗以将其抵消,从而提高线圈的整体功率因数值。增加电容器以减小电路的相角和无功功率被称为功率因数校正,它使我们能够将电路的功率因数减小到接近1的水平。
功率因数校正
功率因数校正可改善电源电压和电流之间的相位角,而实际的功耗(以瓦为单位)保持不变,因为我们已经看到,纯电抗不会消耗任何实际功率。与上面的线圈并联增加电容电抗形式的阻抗将减小Θ,从而增加功率因数,进而减小从电源汲取的电路均方根电流。

交流电路的功率因数可以根据感应负载的强度在0到1之间变化,但实际上,对于最重的感应负载,它永远不能小于0.2。正如我们在上面看到的,功率因数小于1意味着存在无功功率消耗,功率消耗越接近0(完全感性)就越多。显然,功率因数正好为“ 1”意味着电路消耗的无功功率为零(全阻性),导致功率因数角为0 o。这称为“单位功率因数”。
在线圈上并联一个电容器不仅会减少这种无用的无功功率,而且还会减少从电源获得的总电流。理论上,电容器可以提供电路所需的100%补偿无功功率,但实际上,功率因数校正通常在95%至98%(0.95至0.98)之间就足够了。因此,使用上面示例2中的线圈,需要多少电容器才能将功率因数从0.5提高到0.95。
0.95的功率因数等于:cos(0.95)= 18.2 o的相角,因此所需的VAR量为:

因此,对于18.2的相位角我们需要82.2VAR的无功功率的值。如果原始未校正的VAR值为433VAR,而新的计算值为82.2VAR,则需要减少433 – 82.2 = 350.8 VAR(电容)。因此:

将无功功率减小到82.2VAR所需的电容器在额定电源频率下必须具有28.5Ω的电容电抗。因此,电容器的电容计算如下:

因此,要将示例2中的线圈的功率因数从0.5提高到0.95,需要并联一个93uF的电容器。现在,使用上面的值,我们可以计算出应用功率因数校正后由电源提供的有功功率。
新伏安数值

我们还可以构造一个幂三角,以显示VA(S)和VAR(Q)的前后值,如图所示。
功率三角

如果电路的视在功率已从500VA减小到263VA,我们可以计算出均方根电流为:
S = V * I,因此:I = S / V = 263/100 = 2.63安培。

因此,仅通过在线圈上连接一个电容器,不仅可以将其整体功率因数从0.5提高到0.95,而且可以将电源电流从5安培降低到2.63安培,减少了约47%。最终电路将如下所示。
功率因数校正电路

我们在本教程中已经看到,由于感性负载而导致的功率因数滞后会增加交流电路中的功率损耗。添加与电感负载并联的电容器形式的合适电容性电抗组件,可以减小电压和电流之间的相位差。这具有降低电路功率因数(即有功功率与视在功率之比)的效果,并改善电路的功率质量并减少所需的源极电流量。该技术称为“功率因数校正”。

功率因素校正教程(一)

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王栋春 2020-9-27 21:57:31
建议楼主打包全套分享
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