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功率因数补偿节电原理
时间:2011-07-31 点击:4521 次

功率因数补偿节电原理

 
  随着家用电器的越来越普及,很多电感性的设备进入了家庭,造成家中的电能损耗越来越增大。所以我们必须要了解使用电管家节电器来进行家庭用电无功补偿的重要性。

  1、交流电的功率

  在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种;一种是有功功率,一种是无功功率,而它们共同组成的视在功率是指交流电路中电压和电流的乘积,有功功率与视在功率的比值称为功率因数。

  有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如:5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能,带动水泵抽水或脱粒机脱粒;各种照明设备将电能转换为光能,供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示,单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。

  无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示,单位为乏(Var)或千乏(kVar)。

  无功功率决不是无用功率,它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动,电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率,才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此,没有无功功率,电动机就不会转动,变压器也不能变压,交流接触器不会吸合。

  为了形象地说明这个问题,现举一个例子:开挖土方时运土,用竹筐装满土,挑走的土好比是有功功率,挑空竹筐就好比是无功功率,竹筐并不是没用,没有竹筐泥土怎么运到堤上呢? 泥土的重量是不变的,但是土筐可以用竹子做,也可以用钢铁做,用钢铁做的重多了,挑同样的土,可能由于工具的不同,而用的力不一样。挑走了土是做了功,而挑来挑去的铁筐或者竹筐并没有做功,白白地费了力气,但没有它还真的不行。所以,为了人轻松点,采用轻点的工具。

  电管家节电器的作用就在这里,减少了电网送的无功,相当于把铁制的工具换成了竹子制的工具,人轻快了,少用了很多力气。在用电来说,就是少用了电量,节约了电费。使用一个电管家节电器这样的设备来减少电网输送的无功功率,实行无功用电就地补偿,直接从电管家节电器里面转换出来,就不再要电网输送。由于电网输送的总功率——视在功率减少了,所以也就节省电能。

  在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,那么,这些用电设备就不能维持在额定情况下工作,用电设备的端电压就要下降,从而影响用电设备的正常运行。

  对广大家庭用电户来说,功率因数的高低,直接关系到线路和设备的功率损耗和电能损耗,关系到供电线路的电压损失和电压波动,而且关系到节约电能和整个线路的供电质量。提高家庭供用电的功率因数,已成为一个重要课题。

  下面,主要探讨影响家庭用电功率因数的一些主要因素,以及低压无功补偿的一般方法。

  2、影响功率因数的主要因素

  功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中,除消耗有功功率外,还需要无功功率。当有功功率一定时,如减少无功功率,则功率因数便得到提高,减少了输送的总功率(即视在功率)。在理想情况下,当无功功率为0时,则有功力率=视在功率=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少家用电器的无功功率需要量。

  1)电感线圈是消耗无功功率的主要设备

  电动机的定子与转子是由线圈组成的,其间的气隙是决定电动机需要较多无功的主要因素。而电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善电动机的功率因数,就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率,它和负载率的大小无关。因而,为了改善电力系统和企业用电的功率因数,变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态,在我们的家庭用电设备中,电风扇、空调、冰箱、洗衣机等等,都是用电动机带动的设备。很多种家用电器中都有电源变压器、隔离变压器和各种的电感线圈,这些都是消耗无功功率的主要设备。

  2)供电电压超出规定范围对功率因数的影响

  一般来说,供电部门的供电电压不会超过额定值的5%。但是也有例外。当供电电压高于额定值的10%时,由于磁路饱和的影响,无功功率将增长得很快,据有关资料统计,当供电电压为额定值的110%时,无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时,无功功率也相应减少,使它们的功率因数有所提高,但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以,应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定,电管家节电器就有一定的稳定电压的作用。

  3)电网频率波动也会对无功功率造成影响。

  无功功率对供、用电产生一定的不良影响,主要表现在:

  (1)降低发电机有功功率的输出。(2)降低输、变电设备的供电能力。 (3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。(4)造成低功率因数运行和电压下降,使电气设备容量得不到充分发挥。

  从电网中供给的无功功率越多视在电流造成的有功损耗越大,消耗的有功电能就越多,所以要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。

  3、提高功率因数的方法

  提高功率因数的方法有两种,一种是改善自然功率因数,另一种是安装人工补偿装置。低压安装人工补偿装置我们通常采用的方法主要有三种:随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

  电管家节电器之所以能节电,原理就是属于电容无功补偿技术,由于无功补偿的计算较复杂,其计算方法要用三角函数和复数才能进行计算。计算公式也很复杂。我们作为推广电管家节电器的会员,并不需要全部掌握,但是我们需要知道一些实用的简单知识。为了使大家更好地掌握,我现在采用一个比较贴切的比喻来讲解电管家节电器的工作原理:
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