传递/消耗无功功率意味着什么?

电器工程 力量 阻抗
2022-01-31 01:06:05

有功功率是有意义的,因为存在实际消耗,但与无功功率有关;消费/交付什么?一旦发生这种情况,电路将如何变化?

4个回答

回答这个问题:电路消耗实际功率。无功功率在电路和电源之间传输。

W (P) 中的实际功率是有用功率。我们可以摆脱电路。热、光、机械能。电阻器或电机消耗的功率。

VA (S) 中的视在功率是源放入电路的功率。电路对源的全部影响。

所以功率因数是电路的一种效率pf = P / S。越接近1越好。

VAR(无功伏安) (Q) 中的无功功率是在电源和负载之间循环的功率。存储在电容器或电感器中的功率。但这是需要的。例如,电动机中的感应无功功率形成磁场以使电动机旋转。没有它,电机将无法工作,因此认为它被浪费是很危险的,但确实如此。

电容器和电感器是无功的。它们将能量存储在其场(电和磁)中。对于 1/4 的交流波形,功率会随着场的形成而被无功设备消耗。但是下一个四分之一的波形,电场或磁场会崩溃,能量会返回到源头。过去两个季度相同,但极性相反。

要查看动画效果,请参阅系列交流电路它显示了所有 6 个串联电路(R、L、C、RL、RC 和 RLC)。打开瞬时电源。当 p 为正时,源正在提供电力。当 p 为负时,电源被发送到源。

对于 R,消耗功率。对于 L 或 C,功率在源和设备之间流动。对于 RL 或 RC,这两种关系是结合在一起的。电阻器消耗和无功设备存储/发送功率到源。

真正的好处是当电路中有电感器和电容器时。超前容性无功功率与滞后感性无功功率极性相反。电容器向电感器供电,降低了电源必须提供的无功功率。功率因数校正的基础。

在参考文献中选择 RLC。请注意,源电压 \$V_S\$(斜线)由 \$V_R\$ 和 \$V_L - V_C\$ 组成。它小于由 \$V_R\$ 和 \$V_L\$ 组成的

如果电容器提供电感器的所有功率,则负载变为电阻性且 P = S 和 pf = 1。功率三角形消失。所需的源电流更少,这意味着布线、电路保护可以更少。在电机内部,存在未校正的功率三角形,额外的电流来自电容器。

参考显示串联电路,但任何 C 将为交流电路中的任何 L 供电,从而降低电源必须提供的视在功率。


编辑... 功率因数校正

让我们举个例子。P = 1kW 电机,0.707 pf 滞后于 120V 电​​源。

在功率因数校正之前:\$Q_L = 1kVAR\$ 和 \$S_1 = 1.42kVA \$(虚线)\$Θ_1 = 滞后 \$ 45°,因为 I 滞后 \$V_S\$ 45°。\$I_1 = 11.8A \$

通过添加与负载并联的电容器将功率因数提高到 0.95。

因子校正后:P 和 \$Q_L\$ 仍然存在。电容加\$Q_C = 671VAR\$。这减少了必须提供的无功功率,因此净无功功率为 \$Q_T = 329VAR\$。\$S_2 = 1.053kVA \$ 和 \$I_2 = 8.8A \$ 电流节省 25.8%。除 \$S_1 \$ 外,幂三角形上的所有内容都存在。

电容器将 671VAR 的超前无功功率提供给电机的滞后无功功率,将净无功功率降低到 329 VAR。电容器充当电感器(电机线圈)的源。

电容器的电场充电。随着电场放电,线圈的磁场形成。随着磁场崩溃,电容器充电。重复。功率在电容器和电感器之间来回传递。

理想情况是 \$Q_L = Q_C \$。力量三角消失。\$S_2 = P = 1kVA \$ 和 \$I_2 = 8.33A \$

如果您将交流电压电源应用于仅包含电容或电感的负载,则电流相对于电压的相位角会偏移 90 度。当电压和电流偏移 90 度时,没有实际功率传送到该负载。传递给负载的功率称为无功功率

如果负载是电阻器,则电流和电压将完全同相(根据欧姆定律),并且不会传递无功功率 - 传递的功率将是实际功率,它会加热电阻器。

在这两个限制之间,可以提供无功功率和有功功率。电流相对于电压的相位角的余弦称为功率因数——您可能听说过;当相位为零(阻性负载)时,cos(zero) 为 1。当相位为 90(无功阻抗负载)时,cos(90) 为零。

在此处输入图像描述

上图中的对角线(红色)是 VA,即施加到负载上的伏安 - 基本上是 RMS 电压 x RMS 电流。VA 被称为“视在功率”,如果负载完全是电阻性的,它将等于实际/真实功率(绿色)。

如果负载是纯无功的,“视在功率”=“无功功率”(蓝色)

请注意,在上图中,有功功率和无功功率之间的角度始终为 90 度。继进一步的评论之后,下图应该有助于澄清一些关于无功功率的事情:-

在此处输入图像描述

有四种情况,电阻负载、电感负载、电容负载和混合负载。所有四个上的黑色曲线都是“幂”,即 \$v\cdot i\$。请注意,对于电感器和电容器,功率的平均值为零。

不消耗无功功率。无功功率是电路电抗的结果,即源和负载之间的相位差。所有功率都将传送到有功负载,但由于电路不是 100% 有功,因此需要无功功率通过无功电路“移动”有功电能。这意味着您将需要更大的电缆来传输所有这些功率(有源 + 无功)。

采取这个幽默的解释。有功功率就像你花在你吃的食物上的现金。所有这些都直接执行所需的功能,即满足您的饥饿感。无功功率就像你花在炉子上的现金,你不能吃它,但你需要它来准备你的食物。你可以继续使用炉子,它没有用完,但你仍然不能吃它。

在变压器或电机等设备中,需要无功功率来建立磁场,该磁场用于从次级到初级的功率转换或从电能到机械能的能量转换。您不能直接使用它执行工作,但有必要完成工作。你也可以把它想象成汽车里的燃料和油。油不会使汽车运转,但没有油,发动机就无法工作。这是一个松散的类比。

电气系统中的问题是发电机从相同的能量输入产生无功功率和有功功率。(就像在我们的炉子和食物类比中,所有现金都从你的口袋里拿出来。)因此,我们希望只拥有我们系统绝对需要的最小无功功率,然后将所有剩余的源功率作为有功功率产生。虽然,在某些情况下,首选无功功率