为什么感性负载并联适当的电容器以后可以提高功率因数?

【专家解说】：新发现---电感负载并联适当的电容器时做功增大[原创] 利用电容器补偿无功功率，可以节约电能10%以上，这虽然是事实，但因节电的原因说不清楚，利用书中节能的公式也计算不出来，所以在当代对利用电容器是否节电的问题还有争论。 本人对此问题探讨30多年，通过对调谐电路具有选择信号能力的分析，找到了利用电容器节约电能的原因：主要是利用了电路谐振现象，可以称是“广义的电路谐振”。 为了证明利用电容器是否节约电能，在领导和同志们的帮助下，做了许多试验，特别是关注新闻有关节能的报导，我新发现：电感负载并联适当的电容器时做功增大 一、实践是检验真理的唯一标准 利用电容器节约电能的事实是无法否认的，节约与增大实质是一样的。如果负载做功大小不变，输入的电能减少，称节约电能；如果输入的能量不变，负载做功增大，称增加能量。 在电力系统中安装适当的电容器时，因负载做功多少不变，输入的电能减少，称节约电能；本人为了证明利用电容器是否节约电能时，输入的能量和输出的能量都在变化，就要通过电容器安装前、后电源输入电能和负载做功大小的对比。 有关试验情况如下： 1、本人试验： （1）试验设备和电路：①在100伏安的变压器前边，接220伏60W电灯泡（图中没有），目的是隔开与总电路相通。②在变压器的输入端并联适当的电容器。③在变压器的输出端接一个20W的灯泡。如图所示。 （2）试验方法：①将电容器调到容量最小位置好比断路，此时接通电灯泡后，灯泡不太亮。用电流表测得一次电流为：0.32安，二次电流为0.5安。 ②将电容器的容量调到适当位置，即容抗等于感抗，发现电灯泡比原来亮。再测一次电流0.25安，二次电流0.6安。 （3）对试验分析：①输入电流减少：（0.32-0.25）÷0.32=21%； ②输出电流增大：（0.6-0.5）÷0.5=20%， ③因没有功率电表输入有功功率是否减少，无法测量，但因电流减少，输入的电能不会增加。但输出的是纯电阻负载，有功功率因数为1，电流增加，电压不可能降低，输出的有功功率增加20%以上，这是不用测量的。此试验虽小，但说明问题却很大，它证明在低压电网中安装电容器后，不仅节约大量有功功率，还能使负载做功增大。 2、大连钢厂钢丝厂的试验:据《钢铁信息》1994年第253期报导，该厂在154kW的异步电动机上安装电容器，经过试运行证明，功率因数比原来提高0.1~0.15，电源故障少。按电力消耗计算，年降低15%，据1994年上半年统计，用该项节电技术后，实际节电3.2万kWh，效益1.6万元。 如果按此节电效果计算，在500kW的异步电动机上安装电容器，一年节约的电费就是10万元，中等企业可以有10~20台这样的电动机，如果全安装上电容器，一年节约电费就是100~200万元。 3、鞍钢矿山公司齐大山铁矿试验; 据《鞍钢日报》1995年4月26日报导，该单位先后对19台电铲全部安装了电容补偿器，使节电率达18%，每台年节电3.8万kWh，如果每kWh按0.4元计算，经计算19台电铲一年可节约电费28.28万元。 据单位人讲：安装电容器后，电压稳定，解决起动困难问题，以前起动需要两分多钟，安装电容后不到一分钟就达到额定转速。 4、网友的试验(来信)： 我以前没做过这样的实验，今天做了一下，实验过程如下：第一次实验： 并联电容后输出电流和电压没有任何改变，详细过程略。 分析：我们这里电网情况比较好，内阻很小，变压器功率不是很大，所以才出现这种情况。 第二次实验：在变压器前串联一个电阻，模拟内阻较大的电网。如电路图： 其中，R1=1kΩ，R2=1Ω，C=0.5微法。 （一）并联电容前： 原边电流为0.08A，电压为160V，视在功率约为12.8W，有功功率为8.1W。 输出端电流为2.75A，电压为2.75V，功率约为7.56W。 （二）并联电容后：×÷ 原边电流为0.06A，电压为174V，变压器输入电流:0.087安,视在功率约为15.138W，有功功率为9.6W。有功功率因数0.6328；有功功率率加：9.6-8.1=1.5W (0.087×174-0.08 ×160)×0.6328=(15.138-12.8)×0.6328=1.479W 输出端电流为2.97A，电压为2.97V。功率约为8.82W 原边视在功率减少72.5%，有功功率增加18.5%。 输出端功率增加16.7%。 以上四个试验证明：电感负载并联适当的电容器，不仅能补偿无功功率的损失，还能增加有功功率，大约20%左右。利用电容器补偿无功功率的同时，能增大有功功率这是一个新发现 二、术学公式计算最能说明问题 1、负载中的电流大于输入的总电流是公认的 在交流电路中作用力为电源（电压），反作用力为负载（阻抗）。电源做功大小（对电子）与电压成正比，与总阻抗成反比。计算公式：I=U/Z ；当电路谐振时的计算公式：Q=X/R ；I负=QI总 电感负载中的电流大于输入的总电流，不会错，这是公认的。 2、电感负载中的有功功率增大计算公式是符合事实的 发电机和变压器输入功率是由输出功率决定的，在变压器或电动机中，感抗和阻抗是不变的，有功功率因数也是不变的。这都是公认的。 从实践中得知：并联电路谐振时，电感负载具有高阻抗特性，实际是负载中的端电压增加，电流增大。此现象是电工书中没有讲的，是客观存在的事实（详见上面的小试验），这是一个新发现。 因为电感负载（变压器或电动机）中的有功功率因数不变，对电感负载来讲：P=IUCOSφ 因 COSφ不变，I和U增加，P必然增加。计算公式：P节=(I2U2-I1U1)COSφ；式中I2和U2代表安装电容器后的负载中的电流和电压；I1和U1代表安装电容器前的电流和电压值。 在电工书中节能的计算成本公式：P节=（I21-I22）R，当线路中的电阻很小时，节电也很少。尤其是在电感负载中节电情况没有计算公式，误认为负载中的电流和电压大小不变，负载做功大小也不变。在总电路中输入电流减小，有功功率因数提高，减少线路中的有功功率损耗。所以许多人认为安装电容器对电力部门有好处，对本单位有害处。 3、并联谐振电路具有高阻抗的特性，就是产生内电动势的结果 在电感负载中的电流大小是总路中的电流和电容支路中的电流矢量和，在电感负载中的电流大小与端电压成正比，与负载中的阻抗成反比。因负载中的总阻抗值大小不变，端电压增大，所以负载中的电流增加。此现象好比直流电路中的两个电池并联一样。 书中和内行人都承认在电力系统中安装适当的电容器具有稳定电压的作用，电压与电流是密不可分的，I=U/Z 式中I代表电流，U代表电压，Z代表总阻抗。 三、新发现的重大意义 新观点是书中理论的新发展，与书中的计算公式没有矛盾。电路谐振为什么产生能量，人们不好理解，暂时不谈此问题。只讲并联电容器后，负载做功增大的现实意义和科学价值。 1、现实意义：能说明利用电容器节电原因，对推广利用电容器节电有极大的好处。 2、科学价值：当电路谐振时增加的有功功率大于铜损时，就可以扩大电能。例：当品质因数Q值大于2以上时，负载中的电流也是输入总电流的2倍，负载中的有功功率也是原来的2倍。 从网友试验结果中得知：并联电容器后输出有功功率8.82，输入有功功率不会比安装前增加，安装前为8.1；增加：（8.82-8.1）÷8.1=8.8%；因输出大于输入，就证明电路谐振时产生了能量。 （1）突破一次补偿，变为多次补偿。从小试验结果中得知，一次补偿能节电10-20%；再去掉各种损耗，也能节电10%左右，如果连续补偿就会不断地扩大电能。 （2）突破对感性负载补偿，增加对阻性负载的补偿。以前人们只在电感性负载中进行无功功率补偿，对纯电阻性负载中没有补偿。 （3）适当增大电流频率，可以增加“谐振能”。因为感抗大小与电流频率成正比，提高频率，就能提高品质因数，品质因数是谐振能的重要参数。 （4）能引起爆炸式的发明：利用新理论可以有许多重大发明，“谐振能发电器”可以利用在汽车、火车轮船和发电站等各个地方，解决能源不足问题，推动生产力的大发展。