(1)感性无功功率
在用电设备中,凡是用绕组和磁铁组成的,在交流电路中产生电和磁交变的功能。在能量转换过程中,有部分磁能仍回复到电能,那部分电流没有消耗有功功率,称为感性无功功率。在电感性负载的电路中,电流滞后电压一个角度Ψ,cosΨ称为功率因数。
(2) 容性无功功率
在电容器二块极板间产生充放电,电容电流不消耗有功功率,这个电流引起的功率称为容性无功功率。在电容性负载的电路中,电流超前电压一个角度Ψ,cosΨ也称为功率因数。因此容性无功功率可以抵消感性无功功率而提高功率因数。
(3)无功功率补偿的原理
在交流电路中,纯电阻负载电流IR与电压U同相位;纯电感负载电流IL滞后电压纯电容负载电流IC则超前于电压。也就是说纯电感和纯电容中的电流相位差为,可互相抵消,所以在电源向负载供电时,感性负载向外释放的能量由并联电容器将能量储存起来;当感性负载需要能量时,再由电容将能量释放出来。这样感性负载所需要的无功功率可就地解决,减少负载与电源间能量交换的规模,减少损耗。
无功功率补偿的基本原理是把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路,当容性负荷释放能量时,感性负荷吸收能量;而感性负荷释放能量时,容性负荷却在吸收能量,能量在两种负荷之间互相交换。这样,感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿,这就是无功功率补偿的基本原理。
容性无功和感性无功是电路中常见的两种无功功率,它们的区别主要在于产生的效果和功率因数的不同。
容性无功
容性无功是由带电导体间的电场引起的一种无功功率。通常,当电装置中存在电感器时,电场就会在电容器中积累,从而形成容性无功。该电流滞后于电压,即导致电路中的功率因数变小。计算容性无功的公式为Qc = -Xc * I^2,其中Xc是电容器的无功电阻,I是电路中的电流。
感性无功
感性无功是由电路中带电导体自身的电感性质引起的一种无功功率。当电路中存在电感元件时,电感器可以将电流转换成磁场。这种磁场会与电流相互作用,导致电路中形成的感性无功。该电流领先于电压,导致功率因数变小。计算感性无功的公式为Ql = Xl * I^2,其中Xl是电感元件的无功电阻,I是电路中的电流。
例题讲解
例如,给定一个电路,其中串联了一个电阻器和一个电感元件,电阻器的阻值为20欧姆,电感元件的阻值为1亨利,电路的电流为5安培,则容性无功和感性无功的大小分别是多少?
首先,计算电路的总功率为P = VI = 220V * 5A = 1100瓦。然后,计算电路的总电阻为R = 20欧姆 + jωL = 20欧姆 + j * 2π * 50Hz * 1亨利 = 20 + j314.16欧姆。这意味着电路中的功率因数为cos(θ) = Re(P)/|P| = 20/1100 = 0.018。因此,电路中的容性无功为-Qc = -Xc * I^2 = -1/(2π * 50Hz * 220V)^2 = -0.0648 var,感性无功为Ql = Xl * I^2 = (2π * 50Hz * 1H)^2 * 5A^2 = 785 var。