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并联电容补偿会节省电费吗(并联补偿电容器耗电吗)

文章作者:邱老师 发布时间:2022-09-05 14:56:26 浏览次数:0

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电力系统中,电动机负载的应用非常广泛,又因为电动机是感性设备,所以会使系统的功率因数下降。而功率因数的下降,会带来诸多弊端,所以就需要采取补偿措施。

在低压电网中,最常采用的补偿措施就是并联电容补偿。

那么,电容补偿又是如何改善功率因数的呢?其安装是否会节省或增加电费?带着这样的问题,我们接着往下看。

一、功率因数的含义

即使大家不知道电容补偿,也应该听过功率因数。所谓功率因数,简单来说,就是有功功率P对容量S(视在功率。的占比,用符号“λ”表示,其本质是电压与电流相位差φ的余弦值,即λ=cosφ=P/S。

其中有功功率P其实就是平均功率,是我们日常生活中常用电器上标识的功率,如节能灯的功率40W,热水器的功率1500W等。

而容量S是指供电设备所能发出的最大功率,如变压器容量为630kVA,就表示变压器最大能输出630kW的有功功率,但若功率因数小于1(如0.8。,则变压器仅能输出630×0.8W的有功功率。

既然功率因数变小会降低变压器的有功输出,那减小的那部分容量又去了哪里呢?其实,那部分容量被线圈(电动机绕组。用来进行能量交换了,因为绕组在通过电流时会激发磁场,而磁场是具有能量的。换言之,电流在绕组中激发磁场需要吸收能量,即吸收电能并转换为磁场能量,这个交换能量的过程,就用无功功率来描述。

因为“功率”本身就表示能量变化的快慢,无功功率也是“功率”,所以它也是反映能量交换快慢的物理量,用符号Q表示。

综上,供电设备的视在功率输出,分为两部分,即有功功率和无功功率,它们三者的关系如下图1-1所示,为一直角三角形,称为功率三角形。其中斜边长度表示S的大小,水平直角边长度表示有功功率大小,竖直直角边长度表示无功功率大小。S与P间的夹角φ就是功率因数角。

图1-1

从功率三角形也可以看出,有功功率P为视在功率S的余弦值,这个余弦就是功率因数。

前文提到,功率因数的本质是电压与电流相位差φ的余弦值,也就是说,功率三角形中的夹角φ其实也是电压与电流的相位差。而电动机之所以会使系统功率因数下降,其实是因为电动机绕组的电流与电压之间存在相位差,且电压超前电流,如下图1-2所示。

图1-2

图1-2左边为电动机的电路模型,绕组由电感与电阻串联组成,右边为电动机的电压与电流相量图。所谓相量图,简单来说,就是用有向线段表示电压与电流的大小与(初。相位,其中线段的长度表示大小,箭头指向表示初相位,例如图1-2所示的电压在电流的逆时针方向,就表示电压超前电流,两者相位差为φ。

既然电动机会使功率因数变小,那么电容又是如何提高功率因数的呢?

二、电容并联补偿的含义

电容之所以可以对电动机设备进行补偿,其本质上因为电容能够产生与电动机相反的电压电流相位差。简单来说,电动机使电压与电流产生的相位差是电压超前电流,而电容使电压与电流产生的相位差是电流超前电压,如图1-3所示。

图1-3

由于电容的电压滞后电流(或者说电流超前电压。,而电动机的电压超前电流,把电动机和电容并联时,就可以改变总的电压与电流相位差,也就改变了总的功率因数。

由于并联支路电压相等,所以电动机和补偿电容的电压为同一个电压,此时改变的仅有电流,且为电源总电流。

如下图1-4所示,将电动机的电压电流相量图和电容的电压电流相量图合并到一起,有总电流等于电动机电流加上电容电流,注意,这里的电流相加并不是简单的数值相加,而是要结合相位关系。

图1-4

类同于数学里向量的相加,根据平行四边形定则,两个电流相量的相加,可以得出如图1-4所示的总电流I(红色的有向线段。。对比补偿前和补偿后,补偿前电源总电流等于电动机的电流,而补偿后的电源总电流小于电动机电流(根据线段的长度可以看出。;补偿前电源总电流与端口电压相位差为φ1,补偿后电源总电流与端口电压相位差为φ2,可以发现φ2比φ1小,有cosφ2>cosφ1,即补偿后总功率因数变大了。

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