为什么并联电容器可以提高功率因数,而串联不行?

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为什么并联电容器可以提高功率因数,而串联不行?

●对于低压供电系统中无法确定线路中的感性负载的电感量,采用并联方式为最佳选择,并且容易采集电感负载的电感量,利用功率因数来自动调节补偿电容器的容量大小达到补偿的目的。此时,电感负载的端电压与电容端电压大小相等,相位相反,互相补偿,电阻端 电压等于电源电压。

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●首先得了解电容补偿的原理:

在交流供电系统的电路中,电阻、电感、电容元件的电压、电流的相位特点为在纯电阻电路中,电流与电压同相位;在纯电容电路中电流超前电压90°;在纯电感电路中电流滞后电压90°。在交流电路中,平均功率P=UIcosΦ,其中cosΦ称为功率因数,也就是电压U与电流I之间的余弦。从物理意义上看,功率因数是有功功率UIcosΦ与视在功率UI的比值。说明在由电压U与电流I的乘积所表达的视在功率中,究竟有多少是在电路中被消耗掉的。

●当功率与电压为一定值时,并联电容器补偿,功率因数会提高,则需要的电流越小,如果采用串联电容在电路中,电路无法连接在一起,不能够补偿。如果电路呈现电阻性负载,则无需补偿,电流与电压相位相同。另外,电容器串联阻抗最小,电流最大:这时Z=R,则I=U/R。串联谐振时电感(电容)端电压与电源电压的比值称为品质因数Q,也等于感抗(或容抗)和电阻的比值。当Q>>1时,L和C上的电压远大于电源电压(类似于共振),这称为串联谐振,这种方式的谐振常用于信号电压的放大;但在供电电路中串联谐振应该避免。

●功率因数指在交流电路中,电压与电流之间的相位差φ的余弦,用希腊字母cosφ表示。换一种通俗解释即;功率因数是有功功率与无功功率之比,称为功率因数;cosφ=P/S。常用的计算公式请看下图所示

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●从供电角度,理想的负载是P与S相等,功率因数cosφ为1。此时的供电设备的利用率为最高。

而在实际上是不可能的,只有假设系统中的负荷,全部为电阻性才有这种可能。电路中的大多数用电负荷设备的性质都为电感性,这就造成系统总电流滞后电压,使得在功率因数三角形中,无功Q边加大,则功率因数降低,供电设备的效率下降。见下图所示。

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●功率三角形是一个直角三角形,用cosφ(即φ角的余弦)来反映用电质量的高低,大量的感性负载使得在电力系统中,从发电一直到用电的电力设备没有得到充分的应用,相当一部分电能,如果没有采用电容补偿,它将经过输配电系统与用户设统与用户设备之间进行往返交换,白白浪费了。

●低压供电系统中的电容电流与电感电流相位差为180°称作互为反相,可以利用这一互补特性,在配电系统中并联相应数量的电容器。用超前于电压的无功容性电流抵消滞后于电压的无功感性电流,使系统中的有功功率成分增加,cosφ得到提高利用率。

来源:电工电气学习

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