懂電工的朋友從這三個作用可以聯(lián)想到一個非常常見的設(shè)備——電容補償柜。事實也是如此,節(jié)電器就相當(dāng)于一個小型的電容補償柜。
擁有變壓器的單位都深有體會,供電局隔三差五就會罰一次款,理由是“功率因數(shù)低”。這是為什么呢?
功率可以分為有功功率和無功功率,其中, 有功功率指的是電能直接轉(zhuǎn)化為我們需要的能量;無功功率指的是電動機在工作時,產(chǎn)生的磁場所消耗的電能。
有功功率很好理解,就是所有電器的銘牌上所標(biāo)注的“額定功率”。無功功率是所有電動機都無法避免的一種損耗,它受到環(huán)境(如溫濕度)以及磨損程度的影響。
因此,一臺電動機,實際的功率為有功功率+無功功率。功率的實際有效值,叫做視在功率。視在功率與有功功率、無功功率的關(guān)系,為直角三角形的關(guān)系,即視在功率²=有功功率²+無功功率²。
功率因數(shù)沒有實際意義和單位,僅僅是用來衡量電器用電效率的一個數(shù)值。它的定義公式為:功率因數(shù)=有功功率/視在功率,因此,功率因數(shù)越高,證明產(chǎn)品的做功效率越高;相反,功率因數(shù)越低,證明產(chǎn)品所做的無用功就越多。理想狀態(tài)下,功率因數(shù)為1。
因此,如果變壓器的功率因數(shù)過低,則證明變壓器以下回路內(nèi)的設(shè)備,所做的無用功過高,對電能造成了浪費,因此供電局會對變壓器的管理單位進(jìn)行罰款,這個罰款還有一個好聽的名字——力率電費。
那如何提高功率因數(shù)呢?就是上文說到的電容補償柜。
常見的異步電動機,可以看作是電感+電阻的等效電路。這樣一來,電路中的電壓和電流就會產(chǎn)生較大的相位差(為什么?稍后解釋)。這樣就會造成電路中的功率因數(shù)降低。但如果并聯(lián)一個電容,則可以降低電路中的電流,提高功率因數(shù)。
首先我們要理解一下“相位差”這個名詞。純電阻電路中,i=u/r。也就是說,電壓和電流呈線性的正比關(guān)系——電壓一來,電流就產(chǎn)生了。這是最理想的狀態(tài)。但是我們現(xiàn)在的電路,在電阻的基礎(chǔ)上,又串聯(lián)了一個電感。
電感在工作時有一個特點——電壓加在電感兩端后,電感先將電能轉(zhuǎn)換為磁場能,之后才能繼續(xù)通電,在電感“充磁”的過程中,電路中沒有電流。換而言之,感性電路,電流要比純電阻電路滯后。這樣就產(chǎn)生了相位差——電壓來了,電流卻沒來。
為了抵消這種相位差, 人們找到了一個與電感工作狀態(tài)正好相反的元件——電容。電容在工作時,會先產(chǎn)生大電流,之后會慢慢減退,直至完全沒有電流,之后才能正常工作。將電容與電感并聯(lián)接在一起,參數(shù)選擇合適,干路中的電流就會盡可能的保持與電壓同步。這種并聯(lián)電容的做法,就叫做“就地補償”。