PW-B2 · 功率·功率因数

功率因数改善: 用电容抵消无功

B1中无功功率不做功却增大视在、占用设备。用电容提供的超前无功抵消线圈负载的滞后无功,三角形高度就降低。亲手增大电容,体会用更小的电流送出同样功的原理。

增大电容,缩小三角形

底边有功P固定(同样的功)。拖动手柄增大电容无功Q_C。从负载滞后无功Q_L中减去Q_C,剩余无功减小,斜边视在S与线电流一起减小。

上下拖动手柄调节电容大小。

功率因数 cosφ 与线电流(对比改善前)

cosφ ≈ 0.800

I ≈ 100%   S ≈ 1.25   Q_net ≈ 0.75

无功为何吃亏

电动机和变压器等线圈负载为建立磁场而引取滞后无功Q_L。这种无功不做实功,却作为电流在线路中流动并增大视在S。电线与变压器须承受那个S,线路损耗I²R也随之增大。这就是供电公司对低功率因数收费的原因。

电容提供超前无功

电容与线圈相反:其电流超前电压,提供超前无功Q_C。与负载滞后无功方向正相反,二者就地互相抵消。Q_net = Q_L − Q_C。把电容装在负载旁边,无功只在负载与电容之间往返,不流入线路。等于不从远处引来无功,而在现场借用。

恰到好处,不过头

无功Q减小,视在S = √(P² + Q²)也减小,送同样有功P的线电流I = S/(√3 V_L)也减小。电线、变压器获得裕量,损耗与电费下降。要达到目标功率因数cosφ2,需要Q_C = P(tanφ1 − tanφ2)。pf=1时Q_C = Q_L完全消除无功。但加得过多就转为偏电容侧的超前功率因数而再次变差——恰到好处。

观察Q_net = Q_L − Q_C

剩余无功 = 负载无功 − 电容无功。

选择Q_L = P · ?

负载无功是有功乘tanφ1。

填空Q_C = P (tanφ1 − ?)

目标功率因数只留下tanφ2。

自己来pf = 1 → Q_C = ?

完全抵消(pf=1)则电容 = 负载无功。

回到第一屏

上抬手柄增大电容,三角形高度Q_net减小,斜边S与线电流随之变小。底边有功P自始至终不变——用更小的电流送出同样的功。B1中无功增大S,B2则用电容就地消除该无功,把S拉回P附近。手柄到达P的高度时,无功为0,功率因数为1。

功率因数改善 — 用电容的超前无功Q_C抵消线圈负载的滞后无功Q_L。剩余无功Q_net = Q_L − Q_C减小,视在S与线电流减小,用更小的电流送同样的有功P。达到目标功率因数所需容量为Q_C = P(tanφ1 − tanφ2)。pf=1时Q_C = Q_L(完全抵消),超过则为超前功率因数。

下一步

至此处理的是单个负荷的功率。实际电网有众多负荷在不同时间通断。下一单元(PW-B3)将看负荷与需求率:实际最大需求小于全部装机容量之和的原因(需求率),以及多个负荷峰值错开叠加时产生的裕量(不等率)。