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柴油發(fā)電機無(wú)功、視在和有功功率的區別 |
摘要:由于柴油發(fā)電機供電系統中既有阻性的有功功率,也有感性的無(wú)功功率,而視在功率就是這兩種功率的具體體現。事實(shí)上,有功功率和無(wú)功功率的平方和就等于視在功率的平方。由此看出,當柴油發(fā)電機供電系統中只有阻性負載時(shí),有功功率就等于視在功率。因此,視在功率反映了柴油發(fā)電機的總容量。
一、有功功率
有功功率又叫平均功率,交流電的瞬時(shí)功率不是一個(gè)恒定值,功率在一個(gè)周期內的平均值叫做有功功率,它是指在電路中電阻部分所消耗的功率,有功功率的符號用P表示,單位有瓦(W)、千瓦(kW)。有功功率與電壓電流間的關(guān)系為:P=UICOSφ,COSφ是功率因素。在供電系統中,有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率,也就是將電能轉換為其他形式能量的電功率。比如:5.5千瓦的發(fā)電機就是把5.5千瓦的電能轉換為機械能,帶動(dòng)水泵抽水;各種照明設備是將電能轉換為光能,供人們生活和工作照明。
三相電路的有功功率等于各相功率之和。三相有功功率各相有功功率分別為:
Pa=Ua×Ia×COSΦa
Pb=Ub×Ib×COSΦb
Pc=Uc×Ic×COSΦb
三相有功功率為:
P=Pa+Pb+Pc=Ua×Ia×COSΦa+Ub×Ib×COSΦb+Uc×Ic×COSΦb
三相負載對稱(chēng)時(shí):
P3UΦ×IΦ×COSΦ
交流純電阻電路的功率計算如下:
電阻消耗的功率在任一瞬時(shí)都是正值,即在任一時(shí)刻都向電源吸取電能,一周期內瞬時(shí)的平均值稱(chēng)為平均功率,它等于電壓的有效值和電流的有效值的乘積即:
P=UI=I2×R=U2/R
圖1 柴油發(fā)電機有功功率計算公式 |
圖2 柴油發(fā)電機平均功率曲線(xiàn)圖 |
二、無(wú)功功率
無(wú)功功率比較抽象,它是用于電路內電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換,并用來(lái)在發(fā)電機中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對外作功,而是轉變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線(xiàn)圈的發(fā)電機,要建立磁場(chǎng),就要消耗無(wú)功功率。由于它不對外做功,才被稱(chēng)之為“無(wú)功”。無(wú)功功率的符號用Q表示,單位為伏安(Var)或千伏安(kVar)。無(wú)功功率功角特性曲線(xiàn)如圖3所示。
無(wú)功功率決不是無(wú)用功率,它的用處很大。發(fā)電機需要建立和維持旋轉磁場(chǎng),使轉子轉動(dòng),從而帶動(dòng)機械運動(dòng),發(fā)電機的轉子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的。在正常情況下,用電設備不但要從柴油發(fā)電機取得有功功率,同時(shí)還需要從柴油發(fā)電機取得無(wú)功功率。如果柴油發(fā)電機中的無(wú)功功率供不應求,用電設備就沒(méi)有足夠的無(wú)功功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng),那么,這些用電設備就不能維持在額定情況下工作,用電設備的端電壓就要下降,從而影響用電設備的正常運行。
1、無(wú)功功率的不良影響
(1)降低發(fā)電機有功功率的輸出。
(2)降低輸、變電設備的供電能力。
(3)造成線(xiàn)路電壓損掉落增大和電能損耗的增加。
(4)造成低功率因數運行和電壓下降,使發(fā)電機容量得不到充分發(fā)揮。
從發(fā)電機和高壓輸電線(xiàn)供給的無(wú)功功率,遠遠滿(mǎn)足不了負荷的需要,所以在電網(wǎng)中要設置一些無(wú)功補償裝配來(lái)彌補無(wú)功功率。
2、無(wú)功功率正負號
如圖4所示,依據電壓與電流的相位差,在0~360°四個(gè)象限內,無(wú)功功率和無(wú)功功率的正負號不同,含義也不同。
(1)第一象限為感性負載,輸入無(wú)功功率為正,輸入有功功率為正,可用L+表示;
(2)第二象限為容性電源,輸入無(wú)功功率為正,輸入有功功率為負,可用C+表示;
(3)第三象限為感性電源,輸入無(wú)功功率為負,輸入有功功率為負,可用L-表示;
(4)第四象限為容性負載,輸入無(wú)功功率為負,輸入有功功率為正,可用C-表示。
圖3 發(fā)電機無(wú)功功率功角特性曲線(xiàn) |
圖4 發(fā)電機四象限無(wú)功功率示意圖 |
三、視在功率
交流發(fā)電設備都是按照規定的電壓和電流進(jìn)行設計和使用的,所以有時(shí)用視在功率表示設備的容量是比較方便的。在一般交流電路中,輸送的電功率中即有有功成分,又有無(wú)功成分,因此其電壓有效值與電流有效值的乘積,即不是有功功率,也不是無(wú)功功率,而是它們的合成量,這個(gè)合成量就叫視在功率,以字母S表示,單位為伏安(VA)、千伏安(kVA),視在功率與電壓、電流之間的關(guān)系為:
S=UI
1、視在功率的計算方法
視在功率與有功功率、無(wú)功功率可以用一個(gè)直角三角形來(lái)表示,兩個(gè)直角邊是有功功率和無(wú)功功率,斜邊是視在功率。根據P=UICOSφ、Q=UISINφ和S=UI,COSφ=P/S,可知三種功率和功率因素是一個(gè)直角功率三角形的關(guān)系,視在功率S與有功功率P、無(wú)功功率Q的計算公式為:
P+Q=S
KVA是柴油發(fā)電機組的輸出容量,單位是VA或KVA.既是該設備的視在功率S,三相視在功率計算公式為:
S=√3U×ICOSΦ
2、視在功率的意義
由于視在功率等于網(wǎng)絡(luò )端鈕處電流、電壓有效值的乘積,而有效值能客觀(guān)地反映正弦量的大小和它的做功能力,因此這兩個(gè)量的乘積反映了為確保網(wǎng)絡(luò )能正常工作,外電路需傳給網(wǎng)絡(luò )的能量或該網(wǎng)絡(luò )的容量。
由于網(wǎng)絡(luò )中既存在電阻這樣的耗能元件,又存在電感、電容這樣的儲能元件,所以,外電路必須提供其正常工作所需的功率,即平均功率或有功功率,同時(shí)應有一部分能量被貯存在電感、電容等元件中。這就是視在功率大于平均功率的原因。只有這樣網(wǎng)絡(luò )或設備才能正常工作。若按平均功率給網(wǎng)絡(luò )提供電能是不能保證其正常工作的。
因此,在實(shí)際中,通常是用額定電壓和額定電流來(lái)設計和使用用電設備的,用視在功率來(lái)標示它的容量。另外,由于電感、電容等元件在一段時(shí)間之內儲存的能量將分別在其它時(shí)間段內釋放掉,這部分能量可能會(huì )被電阻所吸收,也可能會(huì )提供給外電路。所以,我們看到單口網(wǎng)絡(luò )的瞬時(shí)功率有時(shí)為正有時(shí)為負。
在交流電路中,我們將正弦交流電電路中電壓有效值與電流有效值的乘積稱(chēng)為視在功率,即S=UI視在功率不表示交流電路實(shí)際消耗的功率,只表示電路可能提供的最大功率或電路可能消耗的最大有功功率。
圖5 發(fā)電機視在與無(wú)功和有功功率關(guān)系圖 |
圖6 發(fā)電機功率關(guān)系曲線(xiàn)圖 |
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