功率因数补偿的原因分析
栏目:行业动态 发布时间:2019-10-09 09:01

  我们可以从以下几个方面分析功率因数补偿的原因:

  从阻抗角度分析:

  对于感性负载,其阻抗Z=R+L*j*w,R是直流电阻,L是感性负载的电感量,j是虚数,w是角频率,为2*π*f(f是交流电的频率,市电的频率是50Hz)。

  对于容性负载,其阻抗Z= R-1/(C*j*w),R是直流电阻,C是容性负载的电容量,j是虚数,w是角频率,为2*π*f(f是交流电的频率,市电的频率是50Hz)。

  流过负载的电流I等于两端的电压U/Z:

  I=U/Z

  根据高中所学的复数知识,两个复数相除,其模为两个复数的模相除,相位为被除数相位减去除数相位。

  从而我们可以知道,感性负载的电流相位=电压的相位-arctan(Lw/R),所以,感性负载的电流相位超前于电压的相位arctan(Lw/R)。

  感性负载的电流相位=电压的相位+arctan(1/(RCw)),所以,容性负载的电流相位滞后于电压的相位arctan(1/(RCw))。

  对于正弦信号,功率因数的定义为cos(φ),其中φ为电压和电流的相位差。

  功率因数的目的就是使得相位差尽量小,最理想的状态是相位差是0,此时功率因数是1,负载呈现阻性。

  从电感、电容的阻抗公式,我们知道,电感引起的相位差为正,电容引起的相位差为负,当我们把电感和电容并在一起时,容抗和感抗相互抵消,正、负相位差相负抵消。使得整个电路呈现阻性。

  所以我们在感性负载上并联电容器实现功率因数的补偿。

  但是当电容器过大时,电容引起的正的相位差超过了电感引起的负的相位差,使得电流的相位差开始从超前于电压,转变为滞后于电压。

  使得cos(φ)小于1,所以随着补偿电容的不断增加,功率因数呈现小于1-》等于1-》小于1的变化趋势。

  白天感性负载比较大,用电容器补偿,其引起的相位差刚才抵消,到了晚上,感性负载减小,用相同的电容器补偿,由电容器补偿的相位超过了电感引起的超前的相位,导致了过补偿,使得整个电路由感性变成容性,功率因数变小。

  所以题主所说的问题正是到了夜晚,投入的电容器太多,导致了过补偿。

  从电压,电容的波形分析:

功率因数补偿的原因分析

  如上图所示,电流的波形超前于电压的波形,电流波形以及电压波形之间的相位差φ即为功率因数角,φ超接近于0,即越接近于波形重叠,则功率因数越大,越接近于1。当我们并上补偿用的功率因数之后,电流波形往电压波形移动。随着补偿电容增加,电流波形往电压波形靠近,逐渐接近电压波形,之后,当电容继续增加,电流波形又开始远程电压波形,功率因数开始减小。

  因此,题主所说的问题,是因为到了夜晚,感性负载减小,导致补偿电容器投入过多,功率因数过补偿,使得功率因数反而减小。

  综合以上分析,可以有以下两种改善方案,

  选择能根据运行时的功率因数自动投切电容器的功率因数补偿器。

  根据白天和夜晚的负载情况,重新计算,合理选择补偿电容器的大小,使得白天和夜晚的功率因数都不会太低。

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