[发明专利]一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种教学实验装置，具体涉及一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置及实验方法。

背景技术

电力能源是发展社会生产和提高人民生活水平的重要物质基础,在国民经济中占有重要的地位,鉴于电力生产的特点,用户用电功率因数的高低，对发、供、用电设备的充分利用，节约电能和改善电压质量有着重要的影响。供电设备主要以整流装置为主，其属于非正弦受电设备，即使供电系统的电压为实际正弦波，整流装置从供电系统中取用的电流也是非正弦波形且具有很大程度的畸变，并出现谐波分量。该分量不能增加有功功率视在功率，而且整流装置配有饱和电抗器，属感性负载，其自然功率因数不高。而其他许多用电设备大多为异步电动机等感性负载，其主变自然功率因数要低，不能充分发挥现有设备的出力，而且无功分量在受电设备与发电机组之间在线路上作无用功，造成能源浪费，企业电费成本增加。

在正弦交流电路中，负载消耗的有功功率P与功率因数cosφ有关，而cosφ又取决于负载的性质和参数。只有在负载为纯电阻性负载(如白炽灯)的情况下，cosφ＝1，电源供给负载的能量才能全部利用。当大量使用感性负载时，整个供电线路的功率因数总是小于1的，电源供给的能量没有得到全部利用，这是因为电路中发生能量互换，出现了无功功率Q＝UIsinφ,较低的功率因数将会引起以下问题：

1、发电设备的容量不能被充分利用

因为电源设备如发电机或变压器等的容量都是根据额定电压U和额定电流I设计的，其容量S＝UI，表示允许发出或通过的最大功率。而有功功率P＝UIcosφ＝Scosφ，显然，如果是电阻性负载，cosφ＝1，则发电机或变压器所能发出的或传输的有功功率P＝UIcosφ＝UI＝S，电源设备的容量得到了充分的利用。如果是感性负载，cosφ<1，则发电机或变压器输出的有功功率P＝UIcosφ<S。在S一定的情况下，功率因数愈低，发电机发出的P就愈小，无功功率Q就愈大，则发电机的能量不能充分利用。例如，S＝1000KVA的变压器，在cosφ＝1时，就能发出1000KW的有功功率，而在负载cosφ＝0.6时，只能有600KW的有功功率供负载消耗，而有800Kvar的无功功率给感性材料进行能量的相互转换。

2、增加线路的损耗

当发电机的电压U和输出功率P一定时，由可知功率因数愈低，线路电流I愈大，输电线路的功率损耗愈大。所以，功率因数的提高，能使发电设备得到充分利用，同时也能使电能得到大量节约。

提高功率因数主要有两种方法:

1.提高自然功率因数,合理选择电气设备的容量并减少所取用的无功功率,是改善功率因数的基本措施,这样可以提高自然功率因数。因为电动机、变压器等感性负荷是取用无功功率最多的用电设备，选用的容量大，功率因数和设备效率都会很低，这是不经济的。

2.提高功率因数，采用人工补偿法，采用供应无功功率的设备(并联电容器)，对用电设备所需的无功功率进行人工补偿，以提高功率因数。

功率因数的改善是企业用电中较为关注的问题，也是学生学习中较难掌握的内容，总之，了解功率因数自动补偿的必要性有三：

1、教学与实验的需要：

在电路理论中，电路功率因数问题是涉及知识较多、较为抽象的内容，同时改善功率因数又是实际供电系统中较为实用的方法，要将该问题讲清楚，让学生搞明白，只有将课堂教学与实验教学结合起来，应有实验课交叉进行，才能取得较为理想的教学效果，并让学生真正掌握这一知识和运用这一技术。在课堂教学进行了视在功率、有功功率、无功功率和复功率等概念的教学后，用功率因数问题将以上诸多功率概念有机地结合起来，选用供电系统中最实际的改善功率因数的问题，采用多种思路进行分析计算，使学生全面地理解功率因数问题，所以开发一套模拟工厂企业实际运行的改善功率因数的装置是教学和实验的必然需要。

2、培养学生实际操作技能的需要：

目前，在工厂企业中，改善功率因数的装置有几种，但掌握其一种装置的工作原理、工作方式、操作应用等就可以在工厂实际操作中得心应手了，也为就业增加了一种技能，尤其对电专业的学生，还是就业的需要。

3、企业的实际需要：

目前，有些企业用电的功率因数严重偏低，且其选用的发电设备、变电设备、用电设备都几乎为感性负载，都是取用无功功率较高的设备，选用容量均偏大，因此必须采用人工补偿法，采用供应无功功率的设备(并联电容器)，用以提高功率因数。企业的需要也就使学生必需掌握这一技术。

发明内容