并联电容器提高功率因数原理

2023-11-22

在工业企业的低压供电系统中,并联电容器被用来提高功率因数、改善电网环境。
那么并联电容器究竟是如何提高功率因数的?并联电容器在电网中的作用有哪些?

1、并联电容器怎么提高功率因数

在电力系统中,大多数设备属于感性负载,其运行时需要消耗无功功率;安装并联电容器之后,负载所需的无功功率将由电容器提供,发电机提供的无功功率比例降低、有功功率比例增高,这样企业的功率因数会得到提高。

并联电容器线路图

2、并联电容器在电网的作用

作为无功补偿装置,并联电容器通常安装在变压器或电动机附近,这样可以改善电力系统的电能质量,其作用主要有:

①补偿设备所需的无功功率,提高电网功率因数;

②降低无功电流在电网的流动,降低变损和线路;

③发电机输出的有功功率提高,可以挖掘用电设备的潜力,提高电能利用率;

④项目新建时设计并联电容器,可以降低变压器设计容量;

⑤安装电容器可以提高电能质量,使电网稳定运行。

对于企业来说,安装并联电容器能提高功率因数、改善电能质量,可以实现节能减耗、提高企业的经济效益。










我们看电阻性负载的波形:

图片.png


图1:阻性负载的电压与电流波形

我们 从图1中能看到什么?

第一:我们看到电压波形与电流波形的相位是一致的。

第二:因为电压波形与电流波形相位一致,它们的相位差 图片.png 。我们由此知道。电压与电流的乘积功率取正值。也即:图片.png

第三:功率取正值,说明电源输出了功率,而电阻消耗了功率。

第三条很重要,是我们继续讨论的基础。

我们看感性负载的波形:
图片.png
图2中,虚线是电压波形,实线是电流波形,我们看到电压超前电流90度(纯感性负载),图片.png
为何感性负载的电压会超前电流90度?这是因为电感

具有阻碍电流变化的特性,电流被阻滞了,自然它的相位就落后于电压了。

现在,我们来仔细看图2的波形:当电压波形

和电流波形均取正值或者均取负值时,功率曲线取正值;反之,当电压波形和电流波形极性相反时,功率曲线取负值。

当功率取为正值时,我们已经知道,电源向负载输出功率;当功率取取负值时,感性负载向电源回馈功率,其本质就是电感向电源释放磁场能。


我们把负载消耗的正值功率 叫做有功功率,把磁场向电源回馈的功率叫做无功功率,相应地把回馈电流叫做无功电流。

我们把电感向电源返还的无功功率叫做感性无功功率。


对于纯感性负载,我们有:

图片.png

因为工厂企业中存在大量的电动机,它就是产生无功功率

的源头。也因此,我们把无功功率的多寡看成是企业消耗电能的规模。

当无功电流从感性负载流向电源时,它流经的电缆和传输线

线路电阻会产生阻性发热,而阻性发热就是有功损耗

。所以,无功功率会在传输线中产生有功损耗。

认识到这一点非常重要。

再看电容的波形:

图片.png
注意到电容也存在向电源的返还能量,我们把这种返还能量叫做容性无功功率。


对于纯容性负载,我们有:


图片.png

对比图2和图3,我们发现电感和电容它们的电压/电流相位差正好相反,电感的电压超前电流,而电容的电流超前电压。如果我们把两者串、并联在一起,只要参数选择得当,就可以消除相位差,使得电网的电压和电流波形类似阻性负载电路。

这就是并联电容可以提高功率因数的原理。









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