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串联谐振可以提高功率因数吗?
2021-08-13

对于无法确定线路中感性负载电感的低压供电系统,并联方式是最佳选择,易于采集感性负载的电感,并利用功率因数自动调整补偿电容的容量以达到补偿的目的。此时,感性负载端电压与电容端电压大小相等,相位相反,相互补偿,电阻端电压与电源电压相等。


首先要了解电容补偿的原理:


在交流供电系统电路中,电阻、电感、电容元件的电压和电流的相位特性是,在纯电阻电路中,电流和电压同相;在纯电容电路中,电流超前电压90°;在纯电感电路中,电流滞后电压 90°。在交流电路中,平均功率P=UIcosΦ,其中cosΦ称为功率因数,即电压U与电流I的余弦值。从物理上看,功率因数是有功功率的比值UIcosΦ 到视在功率 UI。解释电路中消耗了多少由电压 U 和电流 I 的乘积表示的视在功率。


串联谐振


当功率和电压达到一定值时,并联电容补偿会增加功率因数,所需电流越小。如果在电路中使用串联电容器,则电路无法连接在一起,也无法进行补偿。如果电路存在阻性负载,则无需补偿,电流和电压同相。另外,电容串联阻抗最小,电流最大:此时Z=R,则I=U/R。串联谐振时电感(电容)端电压与电源电压的比值称为品质因数Q,也等于感抗(或容抗)与电阻的比值。当Q>>1时,L和C上的电压远大于电源电压(类似于谐振),称为串联谐振。这种谐振常用于信号电压放大;但是,在电源电路中应避免串联谐振。


功率因数是指交流电路中电压与电流的相位差φ的余弦值,用希腊字母cosφ表示。另一种流行的解释是:功率因数是有功功率与无功功率的比值,称为功率因数; cosφ=P/S。


从供电角度看,理想负载是P、S相等,功率因数cosφ为1,此时供电设备的利用率最高。


事实上,这是不可能的。只有当系统中的负载都是电阻时才有可能。电路中的大部分用电负载设备本质上是感性的,导致系统总电流滞后于电压,从而在功率因数三角形中,无功Q侧增大,功率因数降低,效率降低供电设备的减少。


幂三角形为直角三角形。 Cosφ(φ角的余弦)用来反映功耗的高低。大量的感性负载使得电力设备从发电到用电都没有在电力系统中得到充分应用。相当一部分电能,如果不使用电容补偿,就会在输配电系统与用户设备和用户设备之间来回交换,浪费掉。


低压供电系统中电容电流与电感电流的相位差为180°,称为反相。这种互补特性可用于在配电系统中并联连接相应数量的电容器。利用超前电压的无功容性电流来抵消滞后于电压的无功感性电流,从而增加系统中的有功功率分量,提高cosφ的利用率。


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