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湖南湘潭立式馬弗爐 高溫節(jié)能箱式電爐

閱讀：407        發(fā)布時(shí)間：2020-3-15

湖南湘潭立式馬弗爐 高溫節(jié)能箱式電爐功率因數(shù)（Power Factor是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。它的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)， 如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。功率因數(shù)低，說明無功功率大， 從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。
關(guān)于功率因數(shù)的討論網(wǎng)上也有不少文章，但很多人仍然對(duì)一些概念存有誤解，這將為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來諸多危害，有必要在此再加以澄清。


一、功率因數(shù)的由來和含義
在電氣領(lǐng)域的負(fù)載有三個(gè)基本品種：電阻、電容和電感。電阻是消耗功率的器件，電容和電感是儲(chǔ)存功率的器件。日常所用的交流電在純電阻負(fù)載上的電壓和電流是同相位的，即相位差q=0°，如圖1(a)所示；交流電在純電容負(fù)載上的電壓和電流關(guān)系是電流超前電壓90°(q=90°)，如圖1(b)所示；交流電在純電感負(fù)載上的電壓和電流關(guān)系是電流滯后電壓90°(q=-90°)，如圖1(c)所示。

湖南湘潭立式馬弗爐 高溫節(jié)能箱式電爐功率因數(shù)的定義是：
 (1)在電阻負(fù)載上的有功功率就是視在功率，即二者相等，所以功率因數(shù)F=1。而在純電容和純電感負(fù)載上的電流和電壓相位差90°，所以所以功率因數(shù)F=cosq=cos90°=0，即在純電容和純電感負(fù)載上的有功功率為零。
從這里可以看出一個(gè)問題，同樣是一個(gè)電源，對(duì)于不同性質(zhì)的負(fù)載其輸出的功率的大小和性質(zhì)也不同，因此可以說負(fù)載的性質(zhì)決定著電源的輸出。換言之，電源的輸出不取決于電源的本身，就像一座水塔的供水水流取決于水的開啟程度。
從上面的討論可以看出，功率因數(shù)是表征負(fù)載性質(zhì)和大小的一個(gè)參數(shù)。而且一般說一個(gè)負(fù)載只有一種性質(zhì)，就像一個(gè)人只有一個(gè)號(hào)碼一樣。這種性質(zhì)的確定是從負(fù)載的輸入端看進(jìn)去，稱為負(fù)載的輸入功率因數(shù)。一個(gè)負(fù)載電路完成了，它的輸入功率因數(shù)也就定了。
比如UPS作為前面市電或發(fā)電機(jī)的負(fù)載而言，比如六脈沖整流輸入的UPS，其輸入功率因數(shù)就是0.8，不論前面是市電電網(wǎng)還是發(fā)電機(jī)，比如要求輸入100kVA的視在功率，都需要向前面的電源索取80kW的有功功率和60kvar的無功功率。如果UPS的輸入功率因數(shù)是0.6，就需要向前面的電源索取60kW的有功功率和80kvar的無功功率。像這樣的輸出分配，前面電源是“無權(quán)”決定的。
二、表征UPS輸出能力的參數(shù)——負(fù)載功率因數(shù)
1. 負(fù)載功率因數(shù)被誤稱為“輸出功率因數(shù)”
UPS不能一對(duì)一地制造，也要事先根據(jù)當(dāng)前用電器的形式和規(guī)模預(yù)先制造出一批或幾批不同功率因數(shù)和功率規(guī)格的機(jī)器，以備市場(chǎng)現(xiàn)貨銷售。預(yù)先制造出一批或幾批UPS的根據(jù)就是負(fù)載功率因數(shù)。當(dāng)UPS的負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載的輸入功率因數(shù)相等時(shí)，就稱為*匹配，UPS就可輸出全部功率。遇到不匹配負(fù)載時(shí)，就必須降額使用。圖2示出了UPS負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載輸入功率因數(shù)的關(guān)系。
2 UPS負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載輸入功率因數(shù)的關(guān)系
有的就誤把UPS的負(fù)載功率因數(shù)稱為UPS的輸出功率因數(shù)。這種誤解的來源大概認(rèn)為UPS既然有輸入功率因數(shù)就一定有輸出功率因數(shù)，這樣一來UPS的性質(zhì)就有兩種，從輸入看進(jìn)去是一種性質(zhì)，從輸出看進(jìn)去又是另一種性質(zhì)，誤解了電路性質(zhì)的一性。既然是UPS的輸出功率因數(shù)，如前所述，如果UPS有輸出100kVA的能力，那么應(yīng)當(dāng)在任何負(fù)載性質(zhì)的條件下都可給出功率因數(shù)所指出的有功功率和無功功率。比如被稱為輸出功率因數(shù)的數(shù)值為0.8時(shí)，在任何負(fù)載性質(zhì)的條件下都可給出80kW的有功功率和60kvar的無功功率。但實(shí)際上不是這樣。比如往往出現(xiàn)這種情況，當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)為0.8的100kVA UPS在帶線性負(fù)載時(shí)，就會(huì)因過載而轉(zhuǎn)旁路，這是其一；其二，當(dāng)用功率因數(shù)表測(cè)量UPS輸出端時(shí)發(fā)現(xiàn)，在帶線性負(fù)載時(shí)其功率因數(shù)值為1，當(dāng)帶二極管整流濾波輸入的IT負(fù)載時(shí)其功率因數(shù)值又是0.7，怎么也出不來0.8!實(shí)際上這兩種情況測(cè)得的都是負(fù)載的功率因數(shù)，所謂輸出功率因數(shù)0.8根本就不會(huì)出現(xiàn)，除非帶輸入功率因數(shù)為0.8的負(fù)載時(shí)，但那時(shí)測(cè)得的也仍然是負(fù)載的功率因數(shù)。即，只要帶負(fù)載測(cè)量，測(cè)得的就是負(fù)載的功率因數(shù)。這樣一來，只有不帶負(fù)載時(shí)才可測(cè)得UPS的“輸出功率因數(shù)”，這時(shí)有功功率P的輸出電流IP=0，視在功率S的輸出電流IS=0，盡管二者的電壓UP和US不為零，但根據(jù)式(1)
(2)這個(gè)結(jié)果就是一個(gè)無理數(shù)。功率因數(shù)表測(cè)試根本就測(cè)不出任何值。也就是說所謂的“輸出功率因數(shù)”沒有任何操作性。
2.負(fù)載功率因數(shù)的確定因素那么負(fù)載功率因數(shù)為0.8的100kVA UPS在帶線性負(fù)載時(shí)，為什么給不出80kW呢？一般這種情況下的工頻機(jī)UPS設(shè)計(jì)是根據(jù)額定的有功功率選擇逆變器，而無功功率部分由逆變器后面的電容器C來承擔(dān)，如圖3所示。在圖中的逆變器功率選擇就是根據(jù)負(fù)載功率因數(shù)設(shè)定的。這里是以負(fù)載功率因數(shù)為0.8的100kVA UPS為例的數(shù)字。逆變器是根據(jù)80kW選擇的功率管，電容器C的容量是根據(jù)輸出的無功功率60kvar選定的(當(dāng)然還需另外加上濾波時(shí)所需的容量)。因?yàn)樵谌ヅ湄?fù)載時(shí)電容C的輸出無功功率QC和負(fù)載上的容性無功功率負(fù)載上的感性無功功率 QL值相等而符號(hào)相反，*互補(bǔ)(直接相減)，即：QC-QL=0
而且C和L形成的回路電流并不流經(jīng)逆變器，即無功電流不流經(jīng)逆變器，UPS就是在這種設(shè)定條件下制造的。
 一般工頻機(jī)UPS與負(fù)載匹配情況下的主電路結(jié)構(gòu)
所以在全匹配的條件下，負(fù)載功率因數(shù)為0.8的100kVA UPS能將80kW的有功功率和60kvar的無功功率全部輸送給負(fù)載。即在UPS的負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載的輸入功率因數(shù)*匹配時(shí)，負(fù)載上得到的功率就是：
(3)如果負(fù)載的輸入功率因數(shù)與UPS的負(fù)載功率因數(shù)不相等，情形又會(huì)怎樣呢？比如后面的負(fù)載是線性負(fù)載，即負(fù)載的輸入功率因數(shù)=1，這種情況經(jīng)常出現(xiàn)在UPS帶假負(fù)載考機(jī)情況，如圖4所示。在這里有一個(gè)很大的區(qū)別，負(fù)載中的電感部分沒有了。這就造成了逆變器后面電容器C的無功功率再也不能向負(fù)載端提供的局面。由于60kvar的容抗XC是：
(4)從上式可以看出，逆變器輸出首先并聯(lián)了一個(gè)小于1W的電抗，如果讓逆變器輸出端建立起220V的電壓，首先要向電容C提供一個(gè)電流IC，其值的大小為：
 (5)而原來逆變器可以提供的電流IINV為：
(6)很顯然，必須從逆變器輸出電流中減去上述的容性電流，余下的才是負(fù)載應(yīng)得的電流Ir，即：
(7)那么此時(shí)負(fù)載上能夠得到的功率Pr就只有：Pr=241A′220V?53kW (8)
一般工頻機(jī)UPS與線性負(fù)載不匹配情況下的主電路結(jié)構(gòu)

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