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關(guān)于無(wú)功功率的五個(gè)認知誤區

人氣:4086次發(fā)表時(shí)間:2021-01-26

1)誤區一:無(wú)功功率是用來(lái)在電氣設備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率,最終會(huì )在建立和維持過(guò)程中損耗掉。

《辭?!分袑τ跓o(wú)功功率的解釋?zhuān)?/span>“在具有電感和電容的交流電路中,電感的磁場(chǎng)和電容的電場(chǎng)在一周期的一部分時(shí)間內從電源吸收能量,另一部分時(shí)間內將能量返回電源。在整個(gè)周期內平均功率是零,也就是沒(méi)有能量消耗,但能量是在電源和電感或電容之間來(lái)回交換的,能量交換的最大值叫做無(wú)功功率?!?/span>

 

這個(gè)解釋說(shuō)明,無(wú)功功率的物理意義在于交流電源與負載之間的能量交換,無(wú)功功率就是交流正弦電路中能量交換的最大值,它表明了交流電源與負載之間能量交換的能力。

實(shí)際的無(wú)功設備在能量交換時(shí)一定有能量的損耗(如漏磁、介質(zhì)損耗等),這部分丟失的損耗不能算入無(wú)功,這是因無(wú)功作用而產(chǎn)生的有功損耗。同理有些人把設備產(chǎn)生的不是需要的熱能等能量損失稱(chēng)為無(wú)功是不對的,這是無(wú)用功,而不是無(wú)功,因其不能轉回電能。

2)誤區二:無(wú)功功率是不消耗能量的無(wú)用功率, “無(wú)功”乃“無(wú)用之功”

無(wú)功功率決不是無(wú)用功率,相反它的用處很大。電動(dòng)機需要建立和維持旋轉磁場(chǎng),使轉子轉動(dòng),從而帶動(dòng)機械運動(dòng),電動(dòng)機的轉子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的。變壓器也同樣需要無(wú)功功率,才能使變壓器的一次線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng),在二次線(xiàn)圈感應出電壓。因此,沒(méi)有無(wú)功功率,電動(dòng)機就不會(huì )轉動(dòng),變壓器也不能變壓,交流接觸器不會(huì )吸合。

3)誤區三:無(wú)功功率僅是交流電源與負載之間的能量交換,不消耗能量,對系統不會(huì )有影響。

在正常情況下,用電設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(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應求,用電設備就沒(méi)有足夠的無(wú)功功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng),那么這些用電設備就不能維持在額定情況下工作,用電設備的端電壓就要下降,從而影響用電設備的正常運行。

 

無(wú)功功率對供、用電也產(chǎn)生一定的不良影響,主要表現在:

1))降低發(fā)電機有功功率的輸出。

2)視在功率一定時(shí),增加無(wú)功功率就要降低輸、變電設備的供電能力。

3)電網(wǎng)內無(wú)功功率的流動(dòng)會(huì )造成線(xiàn)路電壓損失增大和電能損耗的增加。

4)系統缺乏無(wú)功功率時(shí)就會(huì )造成低功率因數運行和電壓下降,使電氣設備容量得不到充分發(fā)揮。

4)誤區四:由于電源的無(wú)功無(wú)法滿(mǎn)足負荷的無(wú)功,導致電力系統處于不平衡狀態(tài),所以需要無(wú)功補償。

首先,在電力系統中,系統(電源)的無(wú)功與負荷的無(wú)功是永遠處于平衡狀態(tài)的。電源無(wú)功-電壓特性是一條下降的曲線(xiàn),而負荷(主要取決于異步電動(dòng)機)的無(wú)功-電壓特性是一條上升的曲線(xiàn),兩曲線(xiàn)的交點(diǎn)即運行點(diǎn),對應相應的平衡的無(wú)功和電壓。當系統無(wú)功過(guò)剩時(shí),表示電源的無(wú)功-電壓曲線(xiàn)向上移動(dòng),或者負荷的無(wú)功-電壓曲線(xiàn)向下移動(dòng),它們的交點(diǎn)即新的平衡點(diǎn),顯然對應的電壓上升;反之則下降。

 

系統無(wú)功功率電源充足時(shí)的無(wú)功功率平衡曲線(xiàn)

因為電力系統中的無(wú)功主要是感性成分,感性無(wú)功電流形成的磁場(chǎng)在發(fā)電機中正好抵銷(xiāo)一部分勵磁系統產(chǎn)生的的磁場(chǎng),使發(fā)電機氣隙中的磁場(chǎng)下降,相應的發(fā)電機的端電壓就要降低,相反的如果系統中無(wú)功供應大于用電設備的無(wú)功時(shí)(無(wú)功過(guò)剩),這部分無(wú)功的去磁反應消失,氣隙磁場(chǎng)增加,發(fā)電機端電壓上升,也即系統電壓上升。這種功率在電網(wǎng)中會(huì )造成電壓降落(感性電抗時(shí))或電壓升高(容性電抗時(shí))和焦耳(電阻發(fā)熱)損失,卻不能做出有效的功。這個(gè)時(shí)候就需要對無(wú)功功率進(jìn)行補償。

無(wú)功補償的意義就,在電力供電系統中起提高電網(wǎng)的功率因數的作用,降低供電變壓器及輸送線(xiàn)路的損耗,提高供電效率,改善供電環(huán)境。

5)誤區五:無(wú)功功率補償即是利用電容發(fā)出的無(wú)功來(lái)補償電感性負載吸收的無(wú)功,兩者相互抵消。

有功功率可以用發(fā)出或吸收來(lái)形容,“發(fā)出”的含義為“產(chǎn)生”,“吸收”含義為“消耗,使用”,這個(gè)過(guò)程實(shí)際對應的是能量的流動(dòng)過(guò)程。而無(wú)功功率不可以用"發(fā)出"和“吸收”來(lái)形容,因為有功功率和無(wú)功功率對應的物理過(guò)程有本質(zhì)的區別。

有功功率簡(jiǎn)單可以理解為單位時(shí)間內從器件流出(或被器件使用(轉換)掉)的能量。這是一個(gè)能量的單向流動(dòng)過(guò)程,對于電源即可用“發(fā)出”,而對于用電則應當用"吸收"來(lái)描述。

而無(wú)功功率覺(jué)得應該是這么定義:?jiǎn)挝粫r(shí)間內進(jìn)出一個(gè)元件的能量。這是一個(gè)能量的來(lái)回流動(dòng)的過(guò)程,即在進(jìn)出這個(gè)元件,怎么能用吸收和發(fā)出來(lái)描述呢?對于能量來(lái)說(shuō)這是一個(gè)先吸收,在發(fā)出如此循環(huán)的過(guò)程,怎能用描述單向運動(dòng)的詞來(lái)說(shuō)清?對于無(wú)功功率,本人傾向的一種說(shuō)法是:一個(gè)元件具有感性無(wú)功性質(zhì),或具有容性無(wú)功性質(zhì)。而不說(shuō)“發(fā)出”或者“吸收”。

例如我們說(shuō)一個(gè)電感消耗的無(wú)功功率具有感性無(wú)功性質(zhì)。當然感性無(wú)功是由于電感的電流相位滯后于他兩端的電壓。容性則是電流提前電壓。有了電流相位的提前或者滯后,就有了能量周期性的進(jìn)出一個(gè)元件,也就產(chǎn)生了無(wú)功功率。

這里可以借鑒一個(gè)有趣的例子來(lái)解釋無(wú)功補償原理。交流電包括了電流量和電壓量,這二位在出門(mén)前速度和方向都是一樣的。兩個(gè)人遇見(jiàn)了電爐子這等純電阻元件,毫不畏懼,攜手走過(guò)。后來(lái)走著(zhù)走著(zhù)遇見(jiàn)了電感這個(gè)惡人,電流懼怕電感(右手螺旋法則學(xué)過(guò)哇,電流通過(guò)電感線(xiàn)圈產(chǎn)生了磁力),電壓表示毫無(wú)壓力的通過(guò)。此時(shí)二人就有了差別,電流比電壓落后了,表現就是電流滯后,向量圖表示上差了一個(gè)φ。

好吧,此時(shí)二人還是向前走,遇見(jiàn)了電容大俠,電壓表示懼怕,電流表示毫無(wú)壓力(電容是通交流阻直流),此時(shí)由于電壓被電容絆了一下腳,電流順利的追趕上了電壓的步伐,二者的差別縮小。所以安裝無(wú)功補償設備,其實(shí)也就是安裝電容,目的是要把電流和電壓所差的相位角補回來(lái)。

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