无功补偿电路方案及原理图分析
无功补偿技术与电路已经是普及程度很高的电路技术,这是因为无功补偿装置在大大小小的工厂企业里有着广泛的应用,而无功补偿的基本原理尚有继续探讨的空间。
1.无功功率是怎么产生的
交流电流通过纯电容或纯电感时并不做功,不消耗有功功率,但是交流电流流过纯电容和纯电感时的电流以及对应的电压却形成了交流功率,这种交流功率就是无功功率。无功功率并没有被消耗掉,而是在电容、电感与电源之间不停地进行能量交换。无功功率表征的是这种能量交换的规模大小。工厂企业大量使用的电动机属于电感性负载,电网向电动机提供的能量中,有部分功率能做功,称作有功功率;有部分功率不能做功,不能做功的部分就是无功功率,这时我们说负载功率因数小于1,并以功率因数的高低来表达电能的利用率。为了提高电能的利用率,就要进行无功补偿。
2.无功补偿如何实现
工厂企业里大量使用的是电感性负载三相交流电动机,其功率因数是滞后的,所谓滞后,是因为流过三相交流电动机的电流的相位滞后于电压而形成的。对电感性负载电动机进行无功补偿的方法就是在电动机的供电系统中并联电容器,如图1所示。图中接触器KM2触点闭合时,电动机得电运行,电动机运行时所需的无功功率由作为电源的变压器T提供,即电动机与变压器不时地进行无功能量的交换,满足电动机运行时对无功功率的需求。变压器与电动机进行无功能量交换时势必要占用变压器的功率容量,降低了变压器的供电能力。如果有无功补偿的话,即图1中的接触器KM1触点闭合,电容器中就会有电流流过,与电感器中的情况相反,电容器的电流是超前于电压波形的。这时电动机就与电容器进行无功能量的交换,即电动机吸收无功能量时,刚好电容器释放无功能量;电容器吸收无功能量时,电动机刚好释放无功能量。实现了无功能量的就地平衡,电动机所需的无功能量不再占用变压器的容量空间,释放了变压器的一部分容量空间,提高了变压器的供电能力。这种效益从直接给电动机供电的变压器开始,一直延伸到中低压配电线路、各种电压等级的变电所、高压输电线路、最后到发电厂的发电机,都能体现出来。因此,用电设备无功功率的就地补偿、就地平衡,功率因数的提高,对于电力系统来说,具有重大的社会效益和经济效益。
3.无功补偿控制器电流信号的获取
当前无功补偿装置几乎都是自动控制运行的。为了实现自动控制,补偿控制器要从电力系统中获取电压信号、电流信号,经过补偿控制器内部微处理器的判断运算,计算出当前系统中无功功率的大小多少,并据以发出补偿电容器投入或切除的命令。