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关于无功功率的五个认知误区,大多数电气人蒙在鼓里!

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(文章来源 | 电气设计圈) 关于无功功率的五个认知误区,大多数电气人蒙在鼓里! (1)误区一:无功功率是用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率,最终会在建立和维持过程中损耗掉。
《辞海》中对于无功功率的解释:“在具有电感和电容的交流电路中,电感的磁场和电容的电场在一周期的一部分时间内从电源吸收能量,另一部分时间内将能量返回电源。在整个周期内平均功率是零,也就是没有能量消耗,但能量是在电源和电感或电容之间来回交换的,能量交换的最大值叫做无功功率。”
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这个解释说明,无功功率的物理意义在于交流电源与负载之间的能量交换,无功功率就是交流正弦电路中能量交换的最大值,它表明了交流电源与负载之间能量交换的能力。
实际的无功设备在能量交换时一定有能量的损耗(如漏磁、介质损耗等),这部分丢失的损耗不能算入无功,这是因无功作用而产生的有功损耗。同理有些人把设备产生的不是需要的热能等能量损失称为无功是不对的,这是无用功,而不是无功,因其不能转回电能。
(2)误区二:无功功率是不消耗能量的无用功率, “无功”乃“无用之功”
无功功率决不是无用功率,相反它的用处很大。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。
(3)误区三:无功功率仅是交流电源与负载之间的能量交换,不消耗能量,对系统不会有影响。
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。
关于无功功率的五个认知误区,大多数电气人蒙在鼓里! 无功功率对供、用电也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)视在功率一定时,增加无功功率就要降低输、变电设备的供电能力。 3)电网内无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。 4)系统缺乏无功功率时就会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。
(4)误区四:由于电源的无功无法满足负荷的无功,导致电力系统处于不平衡状态,所以需要无功补偿。
首先,在电力系统中,系统(电源)的无功与负荷的无功是永远处于平衡状态的。电源无功-电压特性是一条下降的曲线,而负荷(主要取决于异步电动机)的无功-电压特性是一条上升的曲线,两曲线的交点即运行点,对应相应的平衡的无功和电压。当系统无功过剩时,表示电源的无功-电压曲线向上移动,或者负荷的无功-电压曲线向下移动,它们的交点即新的平衡点,显然对应的电压上升;反之则下降。
关于无功功率的五个认知误区,大多数电气人蒙在鼓里! 系统无功功率电源充足时的无功功率平衡曲线
因为电力系统中的无功主要是感性成分,感性无功电流形成的磁场在发电机中正好抵销一部分励磁系统产生的的磁场,使发电机气隙中的磁场下降,相应的发电机的端电压就要降低,相反的如果系统中无功供应大于用电设备的无功时(无功过剩),这部分无功的去磁反应消失,气隙磁场增加,发电机端电压上升,也即系统电压上升。这种功率在电网中会造成电压降落(感性电抗时)或电压升高(容性电抗时)和焦耳(电阻发热)损失,却不能做出有效的功。这个时候就需要对无功功率进行补偿。
无功补偿的意义就,在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用,降低供电变压器及输送线路的损耗,提高供电效率,改善供电环境。
(5)误区五:无功功率补偿即是利用电容发出的无功来补偿电感性负载吸收的无功,两者相互抵消。
有功功率可以用发出或吸收来形容,“发出”的含义为“产生”,“吸收”含义为“消耗,使用”,这个过程实际对应的是能量的流动过程。而无功功率不可以用”发出”和“吸收”来形容,因为有功功率和无功功率对应的物理过程有本质的区别。
有功功率简单可以理解为单位时间内从器件流出(或被器件使用(转换)掉)的能量。这是一个能量的单向流动过程,对于电源即可用“发出”,而对于用电则应当用”吸收”来描述。 而无功功率觉得应该是这么定义:单位时间内进出一个元件的能量。这是一个能量的来回流动的过程,即在进出这个元件,怎么能用吸收和发出来描述呢?对于能量来说这是一个先吸收,在发出如此循环的过程,怎能用描述单向运动的词来说清?对于无功功率,本人倾向的一种说法是:一个元件具有感性无功性质,或具有容性无功性质。而不说“发出”或者“吸收”。
例如我们说一个电感消耗的无功功率具有感性无功性质。当然感性无功是由于电感的电流相位滞后于他两端的电压。容性则是电流提前电压。有了电流相位的提前或者滞后,就有了能量周期性的进出一个元件,也就产生了无功功率。
这里可以借鉴一个有趣的例子来解释无功补偿原理。交流电包括了电流量和电压量,这二位在出门前速度和方向都是一样的。两个人遇见了电炉子这等纯电阻元件,毫不畏惧,携手走过。后来走着走着遇见了电感这个恶人,电流惧怕电感(右手螺旋法则学过哇,电流通过电感线圈产生了磁力),电压表示毫无压力的通过。此时二人就有了差别,电流比电压落后了,表现就是电流滞后,向量图表示上差了一个φ。
关于无功功率的五个认知误区,大多数电气人蒙在鼓里! 好吧,此时二人还是向前走,遇见了电容大侠,电压表示惧怕,电流表示毫无压力(电容是通交流阻直流),此时由于电压被电容绊了一下脚,电流顺利的追赶上了电压的步伐,二者的差别缩小。所以安装无功补偿设备,其实也就是安装电容,目的是要把电流和电压所差的相位角补回来。

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作者: 规范网

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