[發明專利]一種電腦控制功率因數補償演示與實驗裝置及實驗方法

在審

• 申請號: 201410611729.2
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104318836A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 顧子明
• 申請（專利權）人: 江蘇工程職業技術學院
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

本發明涉及一種教學實驗裝置，具體涉及一種電腦控制功率因數補償演示與實驗裝置及實驗方法。

背景技術

電力能源是發展社會生產和提高人民生活水平的重要物質基礎,在國民經濟中占有重要的地位,鑒于電力生產的特點,用戶用電功率因數的高低，對發、供、用電設備的充分利用，節約電能和改善電壓質量有著重要的影響。供電設備主要以整流裝置為主，其屬于非正弦受電設備，即使供電系統的電壓為實際正弦波，整流裝置從供電系統中取用的電流也是非正弦波形且具有很大程度的畸變，并出現諧波分量。該分量不能增加有功功率視在功率，而且整流裝置配有飽和電抗器，屬感性負載，其自然功率因數不高。而其他許多用電設備大多為異步電動機等感性負載，其主變自然功率因數要低，不能充分發揮現有設備的出力，而且無功分量在受電設備與發電機組之間在線路上作無用功，造成能源浪費，企業電費成本增加。

在正弦交流電路中，負載消耗的有功功率P與功率因數cosφ有關，而cosφ又取決于負載的性質和參數。只有在負載為純電阻性負載(如白熾燈)的情況下，cosφ＝1，電源供給負載的能量才能全部利用。當大量使用感性負載時，整個供電線路的功率因數總是小于1的，電源供給的能量沒有得到全部利用，這是因為電路中發生能量互換，出現了無功功率Q＝UIsinφ,較低的功率因數將會引起以下問題：

1、發電設備的容量不能被充分利用

因為電源設備如發電機或變壓器等的容量都是根據額定電壓U和額定電流I設計的，其容量S＝UI，表示允許發出或通過的最大功率。而有功功率P＝UIcosφ＝Scosφ，顯然，如果是電阻性負載，cosφ＝1，則發電機或變壓器所能發出的或傳輸的有功功率P＝UIcosφ＝UI＝S，電源設備的容量得到了充分的利用。如果是感性負載，cosφ<1，則發電機或變壓器輸出的有功功率P＝UIcosφ<S。在S一定的情況下，功率因數愈低，發電機發出的P就愈小，無功功率Q就愈大，則發電機的能量不能充分利用。例如，S＝1000KVA的變壓器，在cosφ＝1時，就能發出1000KW的有功功率，而在負載cosφ＝0.6時，只能有600KW的有功功率供負載消耗，而有800Kvar的無功功率給感性材料進行能量的相互轉換。

2、增加線路的損耗

當發電機的電壓U和輸出功率P一定時，由可知功率因數愈低，線路電流I愈大，輸電線路的功率損耗愈大。所以，功率因數的提高，能使發電設備得到充分利用，同時也能使電能得到大量節約。

提高功率因數主要有兩種方法:

1.提高自然功率因數,合理選擇電氣設備的容量并減少所取用的無功功率,是改善功率因數的基本措施,這樣可以提高自然功率因數。因為電動機、變壓器等感性負荷是取用無功功率最多的用電設備，選用的容量大，功率因數和設備效率都會很低，這是不經濟的。

2.提高功率因數，采用人工補償法，采用供應無功功率的設備(并聯電容器)，對用電設備所需的無功功率進行人工補償，以提高功率因數。

功率因數的改善是企業用電中較為關注的問題，也是學生學習中較難掌握的內容，總之，了解功率因數自動補償的必要性有三：

1、教學與實驗的需要：

在電路理論中，電路功率因數問題是涉及知識較多、較為抽象的內容，同時改善功率因數又是實際供電系統中較為實用的方法，要將該問題講清楚，讓學生搞明白，只有將課堂教學與實驗教學結合起來，應有實驗課交叉進行，才能取得較為理想的教學效果，并讓學生真正掌握這一知識和運用這一技術。在課堂教學進行了視在功率、有功功率、無功功率和復功率等概念的教學后，用功率因數問題將以上諸多功率概念有機地結合起來，選用供電系統中最實際的改善功率因數的問題，采用多種思路進行分析計算，使學生全面地理解功率因數問題，所以開發一套模擬工廠企業實際運行的改善功率因數的裝置是教學和實驗的必然需要。

2、培養學生實際操作技能的需要：

目前，在工廠企業中，改善功率因數的裝置有幾種，但掌握其一種裝置的工作原理、工作方式、操作應用等就可以在工廠實際操作中得心應手了，也為就業增加了一種技能，尤其對電專業的學生，還是就業的需要。

3、企業的實際需要：

目前，有些企業用電的功率因數嚴重偏低，且其選用的發電設備、變電設備、用電設備都幾乎為感性負載，都是取用無功功率較高的設備，選用容量均偏大，因此必須采用人工補償法，采用供應無功功率的設備(并聯電容器)，用以提高功率因數。企業的需要也就使學生必需掌握這一技術。

發明內容