一、關(guān)于電容無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出容量計(jì)算的探討

電容無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出容量的計(jì)算對(duì)很多剛接觸這行業(yè)的同志來(lái)說(shuō)有點(diǎn)混亂。本人把自己的一點(diǎn)心得寫(xiě)下來(lái)，希望對(duì)大家有點(diǎn)幫助。

為方便分析，設(shè)定裝置運(yùn)行在理想的額定電壓下，不考慮系統(tǒng)電壓波動(dòng)或諧波等干擾。

Q：裝置的無(wú)功輸出量；

Qc：電容器的無(wú)功輸出量；

Qcn：裝置的電容器額定容量；

Ql:串聯(lián)電抗器的無(wú)功輸出量;

Un:裝置的額定電壓；

Ucn：電容器的額定電壓；

Uc：電容器的運(yùn)行電壓；

K：電抗器與是容器的阻抗比率。

1、裝置沒(méi)有串接電抗器或只有很小的限涌流電抗器。

明顯可知Q=Qc=Qcn；Un=Uc,沒(méi)必要討論。

2、裝置接有抑制諧波的串聯(lián)電抗器，比率為K。

Uc=Un/(1-K)_____電容器的運(yùn)行電壓在串聯(lián)電抗器后提高了，

Qc=Qcn/(1-K)∧2

Q=Qc-Ql

以K=6%計(jì)算

Uc=1.064Un

Qc=1.13Qcn

Ql=0.06Qcn

Q=1.07Qcn

通過(guò)計(jì)算可知，當(dāng)串接電抗器后，如果其它參數(shù)不變的情況下，裝置的無(wú)功輸出容量是增了（數(shù)值上大概就是增加了是電抗器的容量）。正是由于上述計(jì)算的原因，很多設(shè)計(jì)人員就認(rèn)為加了電抗器就相當(dāng)于加了容量，可以減點(diǎn)電容器了。

實(shí)際上述計(jì)算雖然正確，但在工程設(shè)計(jì)是不可以這樣運(yùn)用的。觀察上述計(jì)算過(guò)程，你會(huì)發(fā)現(xiàn)電容器的運(yùn)行電壓比額定電壓提高了，這相當(dāng)于使電容器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行而多出力，這會(huì)損壞電容器的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)提高電容器的額定電壓，因此實(shí)際計(jì)算如下(6%電抗)：

Ucn= Un/(1-K)=Uc

Qc=Qcn

Q=Qc-Ql=0.94Qcn

結(jié)論：

當(dāng)電容無(wú)功補(bǔ)償裝置中有抑制諧濾電抗器時(shí)，電容器的額定電壓要相應(yīng)提高，裝置容量輸出相應(yīng)減少。工程上簡(jiǎn)易公式：串多大比率的電抗器，電容器額定電壓提高相應(yīng)比率而裝置輸出減少相應(yīng)比率。

二、也來(lái)談?wù)勈裁词菬o(wú)功？

什么是無(wú)功，一個(gè)書(shū)本上應(yīng)該寫(xiě)得明明白白的概念，但總有多人提出這個(gè)疑問(wèn)，而回答的也各式各樣，概念非常混亂，甚至很多書(shū)上也給出了誤導(dǎo)的解悉。下面談?wù)剛€(gè)人的體會(huì)。

1、什么是無(wú)功？

這里有個(gè)誤區(qū)，我們所說(shuō)的無(wú)功實(shí)際是無(wú)功功率的口語(yǔ)說(shuō)法。這個(gè)概念很多人都知到，但也迷惑了很多人，從而產(chǎn)生了很多無(wú)功就是無(wú)用的功的說(shuō)法，令人越想越不明白。因此我們首先建立無(wú)功是指無(wú)功功率。

2、那到底無(wú)功功率是什么？

先看看標(biāo)準(zhǔn)上給出的定義：無(wú)功功率Q=S*sinθ,其中S為視在功率，θ是電流與電壓的相位差；或者Q=√S∧2-P∧2 (真的不知如何打公式，不過(guò)相信大家看得明白），P為有功功率。如果三角函數(shù)還沒(méi)全忘記的朋友應(yīng)明白S、P、Q的關(guān)系就是三角函數(shù)中兩條直角邊與斜邊的關(guān)系了，放坐標(biāo)系中P在x軸，Q在y軸，S就他倆合成的斜邊，θ就是S與P的夾角。要想明白無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑恚X里一定要想象出這個(gè)坐標(biāo)系，也就是當(dāng)三個(gè)元素分別變化時(shí)圖形是如何變化的。

3、那到底無(wú)功功率的物理意義是什么？

上面所談的只是無(wú)功功率的數(shù)學(xué)定義。要說(shuō)清楚他的物理意義，先要從什么是做功開(kāi)始。從能量守恒原理可知，電路中所做的功實(shí)際是指負(fù)荷把電能轉(zhuǎn)化為其他的能量。如把電能轉(zhuǎn)化為熱能、光能、機(jī)械能、化學(xué)能等，產(chǎn)生這些作用的元件我們稱(chēng)為電阻元件。電能通過(guò)這類(lèi)元件，能量就傳到電路系統(tǒng)外面了，習(xí)慣上稱(chēng)為元件吸收能量，而元件吸收能量的快慢就用功率這個(gè)概念，這種電阻元件所產(chǎn)生的功率就是我們所說(shuō)的有功功率（電能讓他們轉(zhuǎn)走了，確實(shí)有做功）。但另外有一些元件，如電抗器，電容器，他們?cè)陔娐分幸厕D(zhuǎn)換電能，但只在一個(gè)頻率周期的一半時(shí)間轉(zhuǎn)走電能，而另外一半時(shí)間又把電能轉(zhuǎn)回來(lái)。電抗器在一個(gè)頻率周期中兩次把電能轉(zhuǎn)化為磁能，而在同一周期內(nèi)又兩次把磁能轉(zhuǎn)回電能。電容器也類(lèi)似，一個(gè)頻率周期中兩次把電能轉(zhuǎn)化為靜電能（電能的儲(chǔ)存），而在同一周期內(nèi)又兩次把靜電能轉(zhuǎn)回電能（電能的釋放）。這類(lèi)元件不斷地從電路中吸收能量，但又把能量放回來(lái)，因此在一個(gè)頻率周期上看，電路系統(tǒng)中的能量沒(méi)有被轉(zhuǎn)走，沒(méi)有做功，如果作數(shù)學(xué)推導(dǎo)，確實(shí)可以得到P=0（具體推導(dǎo)請(qǐng)參考教材）。但是這種能量的交換雖然對(duì)于元件本身沒(méi)有做功，但他對(duì)電路的其他元件是有影響的，特別是當(dāng)這個(gè)交換的速度變得很大時(shí)，作用更明顯，為了考察這種現(xiàn)象，科學(xué)家強(qiáng)行給出了無(wú)功功率這個(gè)名稱(chēng)，他就是指上述元件的能量交換速率（有功功率是能量轉(zhuǎn)換）。在數(shù)學(xué)意議上實(shí)際是把功率的負(fù)半周期強(qiáng)加上了絕對(duì)號(hào)。最后還要說(shuō)說(shuō)的是視在功率S，其實(shí)視在功率也不是真正的意義上的功率，與無(wú)功功率一樣，是科學(xué)家為考察電路現(xiàn)象而定義的一個(gè)概念，即元件端電壓的方均根值與流過(guò)電流的方均根值的乘積（實(shí)際就是電流表上的電流讀數(shù)與電壓表上電壓讀數(shù)的乘積）。

   小結(jié)：

無(wú)功功率是元件在電路中能量交換的速度，而有功功率是元件在電路中能量轉(zhuǎn)換的速度，而視在功率是無(wú)功功率與有功功率的三角合成。三者的數(shù)理關(guān)系表現(xiàn)為Q=Q=√S∧2-P∧2  。

注：上述分析是以正弦交流電路為基礎(chǔ)，沒(méi)有特別說(shuō)明的元件均指理想元件。

三、關(guān)于無(wú)功概念的淺析。

由于部分同志對(duì)無(wú)功的概念較為混亂，現(xiàn)試對(duì)其作出淺析，希望對(duì)大家有幫助。

大家應(yīng)建立一個(gè)概念，無(wú)功并不會(huì)被消耗，只會(huì)被補(bǔ)償、平衡。

首先，大家應(yīng)了解為什么要定義無(wú)功。無(wú)功是無(wú)功類(lèi)設(shè)備（電感、電抗）與電網(wǎng)進(jìn)行能量交換的速率。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是交換的速率，而不是交換過(guò)程中的損耗，即在交換過(guò)程中由于漏磁、介質(zhì)損耗等能量的損失并不屬于無(wú)功，這些是因無(wú)功過(guò)程中引起的有功損耗。

再明白點(diǎn)說(shuō)明無(wú)功的定義及與有功的分別。電網(wǎng)中存在電能，當(dāng)電流通過(guò)負(fù)荷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)、光、熱能等其它能量的表現(xiàn)。這實(shí)際上電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、光成與熱能等。這種轉(zhuǎn)換速率我們稱(chēng)為有功，轉(zhuǎn)換的結(jié)果就是電能的消耗，其主要特征是當(dāng)電能通過(guò)負(fù)荷轉(zhuǎn)換成其它型式的能量后，并不能立刻變回電能（一個(gè)周期內(nèi)）。而有些特殊的設(shè)備（如電抗器、電容器），當(dāng)電流流過(guò)它們時(shí)，在半個(gè)周期內(nèi)，電能會(huì)轉(zhuǎn)變成磁能或場(chǎng)能等形式，但在后半個(gè)周期內(nèi)，這些能量會(huì)轉(zhuǎn)變回電能并反送回電網(wǎng)，因此從整個(gè)周期來(lái)看，設(shè)備沒(méi)有從電網(wǎng)中吸收任何電能，只是不斷的作能量交換（是交換而不是轉(zhuǎn)變）；為計(jì)算交換的速率，因此定義無(wú)功這個(gè)概念，這類(lèi)設(shè)備就是無(wú)功負(fù)荷。雖要說(shuō)明的是，實(shí)際上是沒(méi)有純無(wú)功負(fù)荷的，實(shí)際的無(wú)功設(shè)備在能量交換時(shí)一定有能量的損耗（如漏磁、介質(zhì)損耗等），這部分丟失的損耗不能算入無(wú)功，這是因無(wú)功作用而產(chǎn)生的有功損耗。同理有些人把設(shè)備產(chǎn)生的不是需要的熱能等能量損失稱(chēng)為無(wú)功是不對(duì)的，這是無(wú)用功，而不是無(wú)功，因其不能轉(zhuǎn)回電能。

有些人可能會(huì)問(wèn)，無(wú)功既然只是無(wú)能量交換，沒(méi)有能量消耗（確切的說(shuō)是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰浚菫槭裁次覀冞€要那么重視無(wú)功呢？下面用一個(gè)例子說(shuō)明：電廠發(fā)電，煤送入工廠，會(huì)被消耗（相當(dāng)于有功），工人每天上下班，在工廠進(jìn)出，人數(shù)并不減小（相當(dāng)于無(wú)功）。工人雖然不會(huì)損耗，但工人上下班必然占用道路，影響煤的輸送（為了說(shuō)明問(wèn)題，只好認(rèn)為他們是用同一道路的），這就相當(dāng)于無(wú)功影響了設(shè)備的輸電效率。同時(shí)，工人在上下班的過(guò)程中必然對(duì)路面產(chǎn)生損壞，路程越長(zhǎng)則維護(hù)費(fèi)用越大（這相當(dāng)于無(wú)功引起的線路損耗，屬有功）；為減小這個(gè)損耗，廠區(qū)內(nèi)最好就建有工人住房（這相當(dāng)于無(wú)功就地補(bǔ)償、平衡）。

總結(jié)：

無(wú)功是能量交換的速率，本身并不產(chǎn)生損耗。我們常說(shuō)的無(wú)用功損耗能等，實(shí)際上很多是屬于有功，因?yàn)樗前央娔苻D(zhuǎn)為熱能或機(jī)械能等。但無(wú)功負(fù)荷在能量交換過(guò)程中必然帶來(lái)有功損耗，而且負(fù)荷與電源的距離越遠(yuǎn)則損耗越大，并且會(huì)占用大量的線路輸送能力；為了減小這方面的損失，我們就要在無(wú)功負(fù)荷設(shè)備的旁邊加裝反性質(zhì)的無(wú)功負(fù)荷，使其互相進(jìn)行能量交換，減小對(duì)電源的依賴(lài)，達(dá)到提高線路輸送能力及減小線損的目的。