無功功率
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無功功率(reactive power)
無功功率決不是無用功率,它的用處很大。電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率,才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場,在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此,沒有無功功率,電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),變壓器也不能變壓,交流接觸器不會(huì)吸合。
在正常情況下,用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率,同時(shí)還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求,用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場,那么這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作,用電設(shè)備的端電壓就要下降,從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。
無功功率對(duì)供、用電也產(chǎn)生一定的不良影響,主要表現(xiàn)在:
(1)降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。
(2)視在功率一定時(shí),增加無功功率就要降低輸、變電設(shè)備的供電能力。
(3)電網(wǎng)內(nèi)無功功率的流動(dòng)會(huì)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。
(4)系統(tǒng)缺乏無功功率時(shí)就會(huì)造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降,使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。
這樣大家就能看出來了,5噸車,實(shí)際上真正有用的只有3噸(有功功率),而另外2噸(無功功率)被載著在北京上海兩地來回跑卻沒有被用上,使得我們的運(yùn)輸能力被大大浪費(fèi)掉了。這也正是我們要減少無功功率的原因。
在電力網(wǎng)的運(yùn)行中,功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度,我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小,視在功率將大部分用來供給有功功率,從而提高電能輸送的功率。
(2)變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%~15%,它的滿載無功功率約為空載時(shí)的1/3。因而,為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù),變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。
(3)供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響。
當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí),由于磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí),一般無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí),無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以,應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。
(1)合理使用電動(dòng)機(jī);
(2)提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量;
(3)采用同步電動(dòng)機(jī):同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小,而無功功率取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小,在欠勵(lì)狀態(tài)時(shí),定子繞組向電網(wǎng)"吸取"無功,在過勵(lì)狀態(tài)時(shí),定子繞組向電網(wǎng)"送出"無功。因此,對(duì)于恒速長期運(yùn)行的大型機(jī)構(gòu)設(shè)備可以采用同步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。
異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動(dòng)機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電流,使其呈同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,這就是"異步電動(dòng)機(jī)同步化"。
(4)合理選擇配變?nèi)萘?,改善配變的運(yùn)行方式:對(duì)負(fù)載率比較低的配變,一般采取"撤、換、并、停"等方法,使其負(fù)載率提高到最佳值,從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。
無功補(bǔ)償通常采用的方法主要有3種:低壓個(gè)別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償。下面簡單介紹這3種補(bǔ)
償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。
①同步發(fā)電機(jī):
同步發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源,同時(shí)又是最基本的無功電源,當(dāng)其在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí),可以發(fā)出無功功率:
Q=S×sinφ=P×tanφ
其中:Q、S、P、φ是相對(duì)應(yīng)的無功功率、視在功率、有功功率和功率因數(shù)角。
發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),以滯后功率因數(shù)運(yùn)行為主,向系統(tǒng)提供無功,但必要時(shí),也可以減小勵(lì)磁電流,使功率因數(shù)超前,即所謂的"進(jìn)相運(yùn)行",以吸收系統(tǒng)多余的無功。
②同步調(diào)相機(jī):
同步調(diào)相機(jī)是空載運(yùn)行的同步電機(jī),它能在欠勵(lì)或過勵(lì)的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無功,裝有自勵(lì)裝置的同步電機(jī)能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無功功率,這是其優(yōu)點(diǎn)。但它的有功損耗大、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢,近年來已逐漸退出電網(wǎng)運(yùn)行。
Q=ωCU2
其中:Q、U、Xc=1/ωC分別為無功功率、電壓、電容器容抗。
并聯(lián)電容器本身功耗很小,裝設(shè)靈活,節(jié)省投資;由它向系統(tǒng)提供無功可以改善功率因數(shù),減少由發(fā)電機(jī)提供的無功功率。
與靜止無功補(bǔ)償器相比,靜止無功發(fā)生器響應(yīng)速度更快,諧波電流更少,而且在系統(tǒng)電壓較低時(shí)仍能向系統(tǒng)注入較大的無功。
定義:在正弦電流電路中,復(fù)功率的虛部: ,且供給電感的無功功率為正值。
許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的,如配電變壓器、電動(dòng)機(jī)等,它們都是依靠建立交變磁場才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率,因此,所謂的"無功"并不是"無用"的電功率,只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已;因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外,還需要無功電源,兩者缺一不可。無功功率單位為乏(var)。
目錄
無功功率(reactive power)無功功率概念的理解無功功率與功率因數(shù)無功補(bǔ)償無功電源展開無功功率(reactive power)無功功率概念的理解無功功率與功率因數(shù)無功補(bǔ)償無功電源展開無功功率(reactive power)
在電網(wǎng)中,由電源供給負(fù)載的電功率有兩種:一種是有功功率,另一種是無功功率 。有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率,也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機(jī)械能、光能、熱能)的電功率。比如:5.5kW的電動(dòng)機(jī)就是把5.5kW的電力轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,帶動(dòng)水泵抽水或脫粒機(jī)脫粒;各種照明設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換為光能,供人們生活和工作照明。無功功率比較抽象,它是用于電路內(nèi)電場與磁場,并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備,要建立磁場,就要消耗無功功率。比如40W的日光燈,除需40W有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來發(fā)光外,還需80var左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場用。由于它對(duì)外不做功,才被稱之為"無功"。無功功率概念的理解
無功功率的概念,[1]假如有一輛卡車從北京往上海運(yùn)送貨物??ㄜ嚨暮硕ㄝd貨量為5噸??ㄜ嚢堰@5噸貨物從北京運(yùn)到上海,這5噸貨物就相當(dāng)于視在功率。到達(dá)上海后,把其中的3噸貨物卸下來給廣大的上海人民使用,這3噸貨物就相當(dāng)于有功功率。然后又載著剩下的2噸貨物回北京,這2噸貨物就相當(dāng)于無功功率。到達(dá)北京后,卡車又再裝上3噸貨物,把總共5噸貨物運(yùn)到上海,然后同樣的卸下3噸,留2噸在車上回北京。無功功率與功率因數(shù)
在功率三角形中,有功功率P與視在功率S的比值,稱為功率因數(shù)cosφ,其計(jì)算公式為:Q=U×Isinφ,其中的φ指的是電壓和電流的相位差。
影響功率因數(shù)的主要因素
(1)大量的電感性設(shè)備,如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì),在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中,異步電動(dòng)機(jī)的無功消耗占了60%~70%;而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無功又占到電動(dòng)機(jī)總無功消耗的60%~70%。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)
提高自然功率因數(shù)是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備投資,僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來減少各種用電設(shè)備所消耗的無功功率,這是一種最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。無功補(bǔ)償
從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線供給的無功功率,一般滿足不了負(fù)荷的需要,所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率,以保證用戶對(duì)無功功率的需要,這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。無功功率