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绮庖潜?当电流电压都带有谐波时,功率因数还是等于有功除无功吗?

院士
2006-12-22 22:43:00    评分
绮庖潜?当电流电压都带有谐波时,功率因数还是等于有功除无功吗?



关键词: 绮庖     电流     电压     带有     谐波     功率因数     还是     等于    

院士
2006-12-22 22:43:00    评分
2楼
问 国家有什么标准吗? 1: RE功率因数仍然是这样定义的,不过已经没有什么意义了,有功功率是平均值,无功功率是峰值。关于谐波条件下无功的定义目前国家和IEC都还没有标准。IEEE有一种禁不住仔细推敲的定义,不过没有得到IEC和各国的认可。 2: 那电力部门用的功率因数测量都是用ASIC测得的,这该是标准吧要不然电力部门不就亏本了吗?例如ADE7753 3: 搞错了吧???!!!记得功率因数是有功功率与视在功率之比才对。

照LZ的理解,100W白炽灯有功功率100W,无功功率为0,功率因素岂不是无穷大? 4: 写错了,写错了。我的主要问题是有谐波时,如何计算功率因数 5: 电力部门很头痛电力部门对于大的谐波用户很头痛.大的谐波用户很多是专线,据电力部门统计,大谐波用户线损可高达30%。按现有标准检定的电能表根本无法准确计量,但是电力部门也没有办法,表是合格的,也没有窃电。现在有的地区对谐波用户采用基波表计量,甚至有的国家采用视在电能。 6: 讲的对吗?视在功率中心说——是电工学的新发展


视在功率中心说——是电工学的新发展
择要:
在交流电的电感负载中消耗三种电功率,书中否认其中两个,只承认有功功率能做功,它代表电路中的总电能。但因无功功率和视在功率都是客观存在的事物,它们的变化必然对负载做功大小产生影响,所以在交电流中的总阻抗、总电流和总电压降都是用视在功率中的参数表示的。尤其是电路谐振现象已经得到了广泛的应用,不仅产生理论与实践的矛盾,还存在着理论与理论之间的矛盾。
在当代电工书中讲的是“有功功率中心说”,在实践中应用的是“视在功率中心说”。对于电工来说,在实践中经常使用的是电流表、电压表和欧姆表,所测量的都是视在功率中的参数,总阻抗(欧姆)、总电流(有效电流)、总电压降(有效电压)。有功功率表很少使用,在配电盘上安装的更少;在电信技术中应用的是“品质因数”,而不是“有功功率因数”。
又因为书中理论不能解答电路谐振现象是否产生能量问题?严重地影响了利用电容器节电工作,在经济上造成极大的损失。为了研究节电理论,通过对各种实践现象的分析,发现无功功率能做功,电路谐振产生能量问题,总结出符合实践的新学说——“视在功率中心说”。
新观点能说明交流电路中的一切现象和本质,能达到理论与实践的统一,宏观点与微观相一致的,理论与理论之间没有矛盾存在。对生产力的发展起着推动作用,其经济价值是巨大的。
关键词:有功功率、无功功率、视在功率、谐振能

正文:
在当代电力能源紧张,电力供不应求,研究节电工作是国家的头等大事。从实践中看,利用电容器节约电能效果很大,国家还把利用电容器节电列为重点的推广项目之一。但从理论方面解答不出利用电容器节电的真正原因,从节电的计算公式中也看不出节电的实际效果,尤其是不收无功功率电费(变相收),就使用电单位安装电容器得不到经济效益,用电单位领导就不同意安装电容器。因此探讨利用电容器节电的本质,改变收电费的方法,是推广利用电容器节电的关键。
现在的情况是:实践走在理论的前边,理论阻碍了实践的发展,如果有了新的理论做指导,实践就会飞速向前。
一、电工学的发展历史
电工学与其它科学一样,是一步一步地向前发展,每走一步都要经过艰苦的历程。电工学的发展史可分为三个阶段:
1、在电工学的发展史上,首先应用的是直流电,它是电工学发展史上的第一个阶段。使社会的生产力发展向前迈出了一大步,从蒸汽机时代开始往电动机时代过度。
2、因为实践的发展,人们发现交流电比直流电有更多的优点,在此阶段人们发明了变压器,为人类更好地应用交流电做出了巨大贡献。交流电的应用是电工学发展史上的第二个阶段。在这个阶段中,电动机完全代替了蒸汽机,社会的生产力向前发展更快。
3、在交流电的广泛应用后,实践又向前发展。人类发明了电容器,又发现电路谐振时电流或电压会增大,人们又开始研究利用电路谐振现象。电容器的发明和电路谐现象的利用,使社会飞速地向前进。
(1)在电信技术中,人们利用电路谐振现象选择信号,发明了收音机、电报、电话、电视和手机等推动了电信业和机械自动化的发展。从实践中看,如果没有利用电路谐振现象选择信号,就没有今天的自动化和现代化。
(2)在电力电网中,人们利用电力电容器补偿无功功率的损失,使电网中的电能增大,电压稳定负载做功增加。发电机的容量虽然是用有功功率表示的,但在运行中不能超过额定的电流和电压,如果没有电容器补偿无功功率,只能输出1/2的电能。
因为无功功率在交流电路中是不可缺少的,不论是否承认它能做功,输出有功功率时都需要消耗一定数量的无功功率,电感负载(变压器和电动机)做功也同样要消耗一定数量的无功功率,也就是说无功功率是无法消灭的。不从发电机中供给,也必须从其它地方供给。如果在电力电网中不补偿无功功率,全社会就会缺少一半左右的电能,就会倒退几百年。
因为电路谐振现象的广泛应用,又进一步推动生产力的发展,所以称电工学发展的第三个阶段。
在第三阶段中,人们还在停留在感性认识阶段,只知道电路谐振现象有用处,不了解电路谐振时是否产生能量?这就产生一个大矛盾——电路谐振现象不产生能量,为什么会有利用价值?从能量守恒定律方面分析:负载做功是由能量转变的,如果电路中的电能不增大,负载做功为什么会增加呢?电容器补偿无功功率与电路谐振是什么关系呢?有许多问题找不到答案。
如果利用反思的方法,去分析研究以上的矛盾,就会得出异想不到的结果。即:发现无功功能做功,电路谐振时产生能量。从理论上说明电路谐振的本质,使书中理论与实践的矛盾都迎刃而解了,这就是从感性认识发展到理性认识。
二、电工学中的两种不同的学说
世界上的一切事物都是互相联系的,在电工学中,因为对无功功率认识不同,就产生不同的学说:
1、有功功率中心学(主要观点)
(1)无功功率不消耗能量与它产生电压降的矛盾
在电工书中,认为无功功率不消耗电能,也不能做功;就产生一个“有功功率中心说”。在当代电工书中虽然没有这个提法,这个名词,但实际上就是这个观点。
(2)不同负载利用相同公式计算与实践相矛盾
在交流电功率中,书中讲的三种电功率,否认了其中的两个,无功功率和视在功率都没有实际意义。人们把有功功率当成总电能,认为电能做功都是由有功功率转变的。电功率计算公式只有一个,这就是:P=IUCOSФ。
如果利用此计算公式计算,电动机转子中的导体就应利用电阻大的材料,因为电阻越大有功功率因数越高。但在实践中电动机转子中的导体是利用电阻小的材料,产生理论与实践的矛盾。
(3)电路谐振不产生能量与电路谐振现象的广泛应用相矛盾
在“有功功率中心说”中,不承认电路谐振时产生能量,但在实践中还要利用电路谐振现象,不难看出不产生能量与电路谐振现象广泛应用是矛盾的。
因为“有功功率中心说”存在着理论与实践的矛盾,实践是客观的,不是由人们的意识能改变的,要想达到理论与实践的统一,就必须提出新的理论。
2、视在功率中心说(主要观点)
(1)有电压降就有能量消耗
从无数实践中得知:在交流电路中存在的感抗和阻抗是消耗电能的主要原因,因感抗是客观存在的事物(它不是虚数)所以它产生电压降,电压降就是消耗能量的根据,无功功率有实际的量纲存在,它的存在对其它事物产生影响,对电源来说它消耗电能,对负载来说做功大小与无功功率的变化有关系;通过对实践现象的分析,产生一个“视在功率中心说”。
在当代电工书中虽然也没有这个提法,也没有这个名词,但它是从实践中总结出来的,是一个新事物。在交流电功率中,书中讲的三种电功率,都有它的实际意义。
(2)不同负载利用不同公式计算
根据功率三角形中分析:视在功是三角形的斜边,它可以代表整体,是有功功率与无功功率的矢量和,可以代表“总电能”。有功功率和无功功率分别是三角形的一个直角边,它们都是代表部分,部分不能代替整体,有功功率不能代表总功率。
因为电能做功时需要的能量不同,主要做功功率也不同。需要热能做功时,利用有功功率公式计算。P=IUCOSФ;如果利用磁埸能做功,在设计时就选择无功功率公式计算。Q=IUSinФ。
在电动机转子中,因为有功功率也产生磁埸,在计算做功功时就要利用视在功率计算。电功率总公式为:P=IU。此公式对纯电阻负载(电感=0)也适用。
(3)因为电路谐振时产生能量,所以才有利用价值
在交流电路中,负载做功是由能量转变的。如果电路谐振时,不产生能量就不会在实践中得到应用。现在电路谐振现象能得到广泛的利用,说明它一定会与能量有关系,电路谐振时产生能量的观点与它在实践中的应用是相符合的。
三、有功功率中心说与视在功率中心说的共同点
两种学说观点虽然不同,但也存在着相同之处。因为“有功功率中心说”是“视在功中心说”的基础,“视在功率中心说”是“有功功率中心说”的发展,因此两个学说有共同点。
1、在交流电路中的电阻、电流和电压计算公式是一样的,也就是说,当代的电工书中的电阻、电流和电压计算公式,没有错误,都是符合实践的。
2、在交流电功率计算中,功率三角形的计算公式是一样的,在设计时电阻或电感负载选择的材料是相同的。纯电阻负载用电阻大的材料,电感负载用电阻小的材料。
3、无功功率是客观存在的事物,电路谐振时电流或电压增大的现象是公认的。
4、电路谐振现象的应用,观点也是一样的。在当代人们虽然不承认电路谐振时产生能量,但对电路谐振现象的应用是大力提倡的,尤其是对电力系统中,利用电容器补偿无功功率方面观点是相同的。
四、有功功率中心说与视在功率中心说的不同点
同一事物有两种不同的观点,哪种观点是正确的呢?俗话说:“不怕不识货,就怕货比货”。因为实践是检验真理的唯一标准,哪种理论符合实践现象,能反映实践的本质,哪种理论就是真理。
1、 在纯电感负载中,对瞬时的平均功率计算不同
(1)有功功率中心说:
认为瞬时平均功率,等于瞬时功率代数和的平均值。①因为书中讲的是纯电感电路,假设纯电阻为零,瞬时功率是无功功率的瞬时值,如果说是有功功率为“零”,是所问非所答。②如果是无功功率瞬时平均功率为“零”,此种计算与无功功率量纲的存在相矛盾。
  (2)视在功率中心说:
根据无功功率是客观存在的事实,并且能测量出它的大小,瞬时平均功率不会等于“零”。瞬时平均功率应等于瞬时功率绝对值和的平均值,此种计算与实践相一致。
  2、对电流与电压的相位差,认识不同
  (1)有功功率中心说:
书中把宏观功的计算公式,应用在交流电功率计算当中,其公式为:P=IUCOS∮;按此公式计算,无功功率无量纲。在纯电感负载中:P=S=0,不符合事实。
(2)视在功率中心说:
因为时间角度与空间角度不同,力与物体运动方向空间夹角90度时,力不做功;力与物体运动时间夹角90度时力能做功。①因为电压与电流空间夹角为0度或180度,所以一半时间做正功,一半时间做负功;②因为做正功与做负功的时间不同,不能互相抵消,特别是当负载做正功时,电源电压变成了负载做了负功。③从总电路方面分析:在交流的电路中任何瞬间,负载没有减少,电压没有增加。因为负载是做功的,电源一半时间做负功是因有电感负载引起的,所以就应当把电感做的正功当成是电源做的功,把电源做的负功当成负载做的负载,在计算时利用瞬时功率绝对值计算。④电阻与电感好比宏观空间夹角为90度的两个分力,它们合力的功等于两个分力功的矢量和,计算公式为:  S2=P2+Q2;
   3、对发电机的原理认识不同:
要想知道发电机和电动机原理,首先必须认识电与磁的关系,从实践中得知:①电与磁它们是同时存在同时消亡;②电路被磁埸包围(通电导体周围存在着磁埸),磁路被电埸包围(交变磁埸周围存在着电埸);③在电感线圈中(或导体中)两个方向互相垂直,好比地球的经纬线一样;④电路可以传递磁埸能,磁路可以传递电埸能。⑤电埸与磁埸是不同事物,不能直接转化,只能间接转化;⑥电能与磁能互相转化是通过埸来进行的。⑦电流做功必须是通路,磁能做功必须是断路。
(1)有功功率中心说:
发电机的原理是闭合导体切割磁力线产生电流。在学校时老师做的试验就是这样做的,我也确信不疑。我分别利用铁磁材料和非磁材料做成两个小发电机,试验结果是:用铁磁材料做的转子,发出的电很多;用非磁性材料做的转子发出的电极少。
为什么用铁磁材料做的转子,导体切割不到磁力线,磁力线从铁心中通过,能产生电流。而非磁性材料的导体真正能切割磁力线,可是不产生电流呢?这里面一定有一个人们不知道的“秘密”,书中理论与实践是相矛盾的。
(2)视在功率中心说:
我从失败中认识到:①电埸与磁埸是不同事物,不能直接转化,只能间接转化;②电子运动方向与磁力线方向在空间相差90度,力不能做功。③电能与磁能互相转化是通过埸来进行的。因为铁磁材料能传递电埸能,发电机转子导体中的电流是交变电埸感应的。电埸变化产生电流符合电磁理论,也符合实践的现象。作用力(电埸)与电子运动方向相同,电埸对自由电子可以做功产生电流。
此观点是否正确呢?还必须再用实践现象去检验:在变压器中,输出的导体(线圈),在铁心的外边,没有磁力线,更切割不到磁力线,为什么能产生电流呢?是因为在变压器的铁心周围存在着交变的电埸,电埸具有能量,对自由电子可以做功。
通过对实践现象的分析得出结论:发电机导体中的电流是交变电埸感应的,是交变电埸力作用的结果。书中讲的导体切割磁力线产生电流,是事物的假象。在发电机中可以讲得通,但在变压器中就讲不明白了。
4、对异步电机的转动原理认识不同:
(1)有功功率中心说:
异步电动机转子转动原因,是通电导体在磁埸中受力作用产生的。书中认为:在转子中消耗的有功功率,电流与电压同相位,产生的两个磁埸互相成90度角,能产生转矩;在转子中消耗的无功功率,电流与电压相差90度时,产生的两个磁埸相反轴线重合,不产生转矩,只产生去磁作用。
如果只从表面看,书中观点是有一定道理的,所以一直认为是真理,特别是此种观点是否认无功功率能做功最主要的证据。
因为一切事物都不是孤立存在的,如果无功功率在异步电动机中不产生转矩,理论与实践或理论与理论之间就产生了矛盾。
①书中讲有功功率产生的两个磁埸互相垂直产生转矩,与书中讲的相量图和两个电流方向相反相矛盾,与书中讲的定子的磁动势方向与转子相反不符合。
②书中讲负载实际做功的功率等于转子中的有功功率,减去铜损和机械损耗。从计算式中分析:有功功率与铜损大小是一样的,因为有功功率计算公式与铜损公式一样,即 P=I2R  ,就又产生轴功率与铜损相矛盾。
③有的人说转子中的轴功率是附加阻抗消耗的电能产生的。
从实践中分析,附加阻抗是为了用不转时的参数,计算出转子旋转时的电流和功率因数的大小。计算中时等式两边分别除以转差率,设转差率S=0.05  , 则转子电动势增大20倍,转子中的总阻抗必须同时增大20倍,即R2改为R2/S[在转子的回路中串联了一个电阻(R2/S-R2)=(1-S)R2/S],后增加的电阻(1-S)R2/S称为“附加电阻”。
不难看出附加电阻是虚拟的,它是一个真正的虚数,转子中的漏电抗增大20倍后,变成了不转时的电抗,电抗不是虚数,有的书中称“旋转因子”。从转子旋转时的电压方程式中看,E2S=I2S(R2+jx2s)(式中全是矢量,2S表示转子旋转时的参数),不包括附加电阻的电压降。利用附加电阻计算结果,不改变旋转时的电流大小和有功功率因数值。
还有的人说,转子中的电动势产生机械转矩,这就更不符合事实了。书中承认略去其它损耗时,定子中产生的电动势与转子中的电动势相等即:E1=E2 (矢量) ,转子电动势是传递能量的,转子中的阻抗才是消耗能量的,只有消耗能量,才能转变其它能量。
(2)视在功率中心说:
无功功率在电动机中是否能做功,是很难测量出来的,要说明异步无功功率在电动机中能做功,就要分别分析它在各种负载中的作用。
①无功功率在电流表中能产生转矩
过去外国人瓦特通过研究壶盖动的原因,发明了蒸汽机。当代中国人通过研究无功功率在电表中能产生转矩的现象,是否可以了解无功功率能做功呢?电流表虽小说明问题很大,电表好比是一个微型电动机,电动机好比是一个巨型电表。无功功率在电流表中能产生转矩,推理在异步电动机中也能做功。
②在电信技术中,调谐电路具有选择信号的能力
在调谐电路中,信号中的有功功率大小不能改变,无功功率可以增大几十倍,调谐电路能选择信号,是无功功率增大产生的,说明无功功率能做功和代表能量。
③无功功率在变压器中是否能进行能量转换
从实践中得知,无功功率能产生空载电动势,并且输入电流的相位与输出电流的相位相反;当变压器输出无功功率时,输入的也是无功功率。说明无功功率在变压器中能进行转换,此问题就是证明无功功率能做功。
④异步电动机中的转矩是两个磁埸互相作用的结果
A、异步电动机中定子和转子绕组产生的两个磁埸与变压器有相同之处,定子中的电流大小和相位是由转子中的电流和相位决定的,定子中的电流和转子中的电流方向相反,它们产生的两个磁埸方向也相反(书中也承认的)。
B、有功功率产生的两个磁埸,定子与转子磁埸不是互相差90度,它们与无功功率产生的两个磁埸一样,方向相反轴线基本重合,详见书中讲的矢量图。因为有功功率和无功功率产生的两个磁埸相对位置是一样的,有功功率能做功,无功功率也能做功。
C、定子中的磁场(磁极)不是合成磁埸,合成磁埸是由定子和转子共同产生的,它对转子不能产生转矩(自己不能对自己做功),作用力与反作用力必须分别作用在两个物体上。
D、定子中的电流产生的磁埸相对定子是旋转的,转子电流产生的磁场相对转子是不动的,因两个磁埸方向相反,互相吸引产生磁拉力,定子中的旋转磁埸带动转子旋转。电动机转矩与转子中消耗的视在功率成正比。
E、电动机做功是磁能做的功,电能只是起着传递能量作用
磁动势大小与电流和匝数成正比与电流和电压的相位无关。因为转子中的电磁功率计算公式Q=IUSin∮,无功功率是做功的(无功功的大小与磁性材料是有联系的)。
必须了解电动机转子做功大小,除了与转子电流、导体匝数有关外,还与铁心的磁导率有关。锰锌铁氧体相对磁导率为6000。非磁性材料磁通与磁势成正比,是线性关系;磁性材料是非线性关系,存在着磁饱和。所以当电动机转子中电流增大,转矩增大也不是线性关系,此现象不是有功功率因数降低产生的,是磁性材料性质(磁阻增大)决定的。
在转子中的有功功率虽然是有害的,但在产生热量的同时也产生磁埸,所以转子中的转矩是有功功率和无功功率共同产生的。
5、从实践上看,无功功率在电动机中是否能做功?
(1)有功功率中心说:
不承认无功功率做功的事实,但在实践中利用无功功率产生的旋转磁埸,理论与实践不相同。例如:
①单相异步电动机:没有起动绕组不能起动,安装电容器起绕组后得到一个旋转磁埸,旋转磁埸是由视在功率产生的,说明无功功率能做功。
②反应式同步电动机:转子中没有励磁电流,完全由定子来产生磁埸,在定子磁路中有一个短路铜环,主要作用是产生旋转磁埸,转子是凸极式的。不难看出转子转动是旋转磁埸做的功,旋转磁埸与视在功率成正比,说明无功功率也做了功。
③异步电动机利用电容器节电:许多人认为是假的,是测量的不准确。如果在大电网中的小负载,节约的有功功率可能测量不出来。但在负载与电源容量相等或大于电源时,利用电容器补偿无功功率时,就可以测量出节约的有功功率。
(2)视功功率中心说:
①在同步电动机中,电动机转矩不是与有功功率成正比
鞍山钢铁学院做的试验记录是:当同步电动机在欠励或过励运行时,有功功率略有增大,实验中最大值1690W,正常时为1400W,相差10%左右。哈尔滨机电专科学校教授来信说:“看了节电之谜我们很感兴趣,请教几位老师并一同做试验,确实发现了类似现象,同步电动机调节励磁电流,有功功率确有变化,对此我们也很疑惑,现在正进行理论分析。”
在同步电动机中,当电源与负载恒定时,调整励磁电流的大小,发现消耗的有功功率多少不同,说明无功功率能做功。
②在异步电动机中并联电容器节约电能
1994年《鞍钢信息》报导,大连钢厂在154KW异步电动机上安装电容器,功率因数提高0.1-0.15,半年节电3.2万KWH,效益1.6万元。1995年《鞍钢日报》报导,鞍矿公司齐矿在19台电铲中安装电容器,节电18%, 一年节电费28万元;据本单位人讲,安装电容器前启动需要2分多钟,安装后不到1分钟。
③小试验说明大问题
鞍钢井下铁矿做的试验,在不标准的小型变压器原线圈中(电源电压和输出电压没测量),并联可变电容器,在二次输出端接60W灯泡,试验结果是:当电容调到最小时灯泡不太亮,一次电流为0.32安,二次电流为0.5安;当电容调到适当容量时,灯泡亮度增加,一次电流减少到0.25安,二次电流增加到0.6安。
补偿的是无功功率,输出增加的是有功功率,按照能量守恒定律分析,就是一种“怪现象”。但此现象是客观存在的事实,不能因为不理解事实就不存在。按照视在功率中心的观点,因为输入变压器中的电流增加(在两个电池并联后,比一个电池时输出的电流增多),输出的电压提高,所以输出的有功功率也增大。
说明:此试验必须在负载大于或等于电源容量时,效果才明显。如果负载容量小于电源容量很多时,就不能产生这样的结果。
在鞍钢井下矿加工车间的小电网中,锻工班有2台较大的异步电动机,当电动机起动的瞬间,电路中的电压降很大,并联所有的电灯光由白变红,小型的异步电动机转速减慢,这说明电源电压是否稳定对负载做功是一个关键。
6、发电机与电动机产生转矩的认识不同
(1)有功功率中心说:
因为发电机输出无功功率时不产生反转矩,所以就认为电动机的转矩都是有功功率产生的。无功功率在电动机中不能做功。从表面分析,书中观点符合逻辑,但从实践中看,不符合事实。
(2)视功功率中心说:
因为发电机和电动机产生转矩的原因不同,主要矛盾也不同,其情况是:
①发电机是机械能带动转子旋转的,在定子中和转子中的两个磁埸相对位置,是由输出电功率决定的。当输出有功功率时,两个磁埸方向互相垂直,产生反转矩。当输出无功功率时,两个磁埸方向相反,只起去磁作用,所以不产生转矩。
②在电动机中的转矩是定子磁埸与转子磁埸互相作用产生的。定子中的磁埸相对定子是旋转的,转子中的磁埸相对转子是不动的。定子中的磁埸与转子中的磁埸方向相反,互相吸引产生磁拉力,定子中的旋转磁埸带动转子旋转。因为定子输入什么功率是由转子决定的,有功功率和无功功率产生的两个磁埸相对位置是一样的,所以有功功率能做功,无功功率也能产生转矩。无功功率在测量有功功率和电能时不产生转矩,是人为造成的,此事不能做为否认无功功率能做功的根据,有功功率在测量无功功率大小时也不产生转矩,也不能说有功功率不能做功。
7、对有功功率因数和品质因数物理意义认识不同
(1)有功功率中心说:
①有功功率因数:它是代表能做功的功率因数,在电感负载中认为有功功率因数越高越好,当电感负载并联电容器后,从总电路中输入的电流减小,书中认为是有功功率因数增加的结果。
②电路谐振时的品质因数;书中认为是计算电流或电压变化的参数,不能代表能量的变化。
(2)视功功率中心说:
①有功功率因数:在电感负载中它是计算消耗有功功率多少的功率因数,在电感负载中认为有功功率因数应当适当,当电感负载并联电容器后,从总电路中输入的电流减小,有功功率因数提高是一种表面现象,实际是有“内电动势”产生的的结果。
②电路谐振时的品质因数;是计算电流或电压变化的参数,也能代表能量的变化。
五、电路谐振现象是怎样产生的?
电路谐振现象与物理学中讲的共振、共呜一样,如果没有能量增加,现象就不会出现。从哲学方面分析:电路谐振现象是电路中能量增大的表现,电路中的能量增大是产生电路谐振现象的原因。
对于电路谐振现象的产生原因虽然书中讲的很多,但都没有利用能量的观点去分析,也没有利用力学理论去研究,因此当代人们只知道利用电路谐振现象,不了解电路谐振现象与能量有什么关系?更不知道电路谐振时产生能量?通过对无数的实践现象的分析,对此问题看法如下:
1、改变物体运动状态必须有外力作用
从实践中得知,电子运动与宏观点物体运动一样,存在着惯性,要改变它的运动状态必须有外力作用,物体运动的加速度与力的大小成正比。
在交流电路中的电流,是自由电子在电埸力的作用下产生的,电流大小与电埸强度成正比,与宏观力做功的情况相同。
2、反作用力性质不同转变能量不同
(1)在宏观力学中讲,力虽然有很多种,但从力对物体运动关系中只分两种:作用力和反作用力。在反作用力中根据力的性质,又分两种:①磨擦力:是一种耗散力,作用力对磨擦力做的功,转变为热能,此功率不能补偿,称为“耗散功率”;②重力:是一种保守力,作用力对物体的重力做功,转变为势能或动能,此功率可以补偿,称为“保守功率”。
(2)在交流电路中,从对电流的作用方面也分两种:电动势或称电压(作用力)和阻抗(反作用力)。在阻抗(反作用力)根据阻抗的性质,还分两种:①纯电阻:它与宏观磨擦力性质相同,是一种耗散力。电压对纯电阻做功,转变为热能,此功率不能补偿,也可称为“耗散功率”;②电抗:它与宏观重力相同,是一种保守力。电动势对电抗做功,转变为交变电磁埸能,此功率可以补偿,也称为“保守功率”。
3、在宏观利用物体的配重可以节约能量
在宏观对重力做的功怎补偿呢?就是利用配重的方法,当从低处向高处提升重物时,重物的另一端在高处与提升物体重量相同时,因两个重力互相抵消,外力只克服磨擦力,消耗的能量比没有配重时小得多。如果提升重量不变,称为“节约能量”;如果外力大小不变,提升重量增大,也可称“增加能量”。
例如:井下采矿,当把井下的矿石提升到地面时,利用双罐笼提升矿石,下面罐笼装入矿石车,上面的罐笼装入充填物或材料等,上面的物体即是配重。实践证明有配重与无配重消耗能量多少不同,对此问题从带动卷扬机的电动机配电盘的电流表中,可以看到有配重时输入的电流减少。当配重与重物重量相等时,力只消耗在摩擦力方面,配重与重物二力互相抵消;配重所做的功就是增加的能量,可称为“节能”也可叫“增能”;二者本质是一样的。
4、在微观利用电容器可以补偿无功功率的损失
(1)电感与电容中的电抗都是一种保守力,它们本身不消耗能量。在纯电感负载中,消耗能量的原因是两个电流的方向始终相反,二力互相抵消,产生电压降。
(2)电感与电容负载相位相反,在电感负载中电流滞后电压90度,在电容负载中电流超前电压90度,二者电流相位差180度。
(3)在电感与电容串联或并联电路中,把反作用力转变为作用力,因作用力增加,所以电流或电压增大。
①在电感与电容并联电路中,好比是三通管一样,当电感与电源中的电流方向相对时,共同作用在电容支路,使电容支路中的电流增大;当电容与电源中的电流方向相对时,共同作用在电感支路,使电感支路中的电流增加。如此无限地循环,产生“内电动势”增加了电能,补偿了无功功率的损失。此现象有高阻抗的特性,因负载中的电流大于输入的总电流称为“电流谐振”。在电力系统中利用此现象,补偿无功功率的损失。
②在电感与电容串联电路中,因为感抗与容抗互相抵消,在电路中只有纯电阻起作用,又因纯电阻很小,就好比自由落体一样,产生加速度即电流增大,当电流与纯电阻的乘积与电压相等时,电流大小就不再变化,此时的电流比没有串联电容器时增大,负载中的电压降增大U=IZ  此现象称为“电压谐振”,在电力系统中必须避免串联谐振。
5、能量守恒定律与谐振能的关系
(1)能量守恒定律的应用也是有条件的
任何真理都是相对的,不是绝对的。能量守恒定律只能说明在正常情况下,能量不能无故产生或消亡,只能从一种形式的能量转变为另一种形式的能量。例如:在交流电路中,没有电容负载时,电流大小与电压成正比,与总阻抗成反比。
(2)谐振能是两种相反物质相结的产物
电容器是一种储能元件,电流或电压怎么能增大呢?如果是能量的积累,电流或电压就不会是连续的增加,应当是一时的;如果没有能量变化,电流或电压怎么能增大呢?这确实是一个“谜”。
煤和石油称为“能源”,但它们自己是不能产生能量的,必须与它性质相反的氧气相结合,产生化学反映。
同理电路谐振时产生能量,不是电容器一个元件产生的,是电感和电容两个相反的事物相结合产物。有的人认为电容器能补偿无功功率,就想多安装电容器,这是不符合实际的。必须当感抗等于容抗时(近似),才能产生能量,谐振能是一种物理反映产生的。
(3)只有承认谐振能的存在,才能符合能量守恒定律
如果否认电路谐振时产生能量,电路谐振时电流或电压的增大,是无法解答的。在电工书中,虽然不承认“内电动势”代表电能,但在计算电流大小时“内电动势”是当成电源计算的,“内电动势”计算单位与电源电压是相同的,它对负载起的作用也是一样的。
(4)电路谐振时不产生能量与广泛应用的矛盾
从能量守恒定律方面分析:负载做功是由能量转变的,电路谐振时负载做功增大。如果不承认电路谐振时产生能量,电路谐振现象的广泛利用就更无法解答了。
6、电路谐振现象的分类和谐振定律
(1)电路谐振按物理含义可分两种:
    ① 广义的电路谐振:就是在电感与电容并、串联电路中,能使电流或电压增大的现象都称“广义的电路谐振”;如电感负载并联电容器节电等。广义的电路谐振包括狭义的电路谐振(如按谐振程度又分为:非完全谐振和完全谐振)。
    ② 狭义的电路谐振:在高频电路中,当电路中的电阻很小,感抗与容抗大小相等时,发生的电路谐振称为“狭义的电路谐振”,简称“电路谐振”;如调谐电路选择信号等。
(2)谐振能定律:
在电工学中虽然对电路谐振现象讲的清楚计算的正确,但因不承认谐振能的存在,也就不可能称为定律。新观点认为无功功率能做功,电路谐振时产生能量,承认《内电动势》为能源。那么能反映谐振现象本质的理论,就可称为“谐振定律”:
电子运动同宏观物体运动一样,具有惯性。
在具有电感和电容的电路中,因感抗和容抗的相位相反,当感抗等于容抗时,电子的惯性得到充分利用,将消极的反作用力,转变为积极的作用力,发生电路谐振产生物理能,即《内电动势》,可称为《谐振能》也可称《惯性能》还可称“物理能”。
谐振能量的大小与电路中的感抗成正比,与电路中的电阻成反比。计算公式:Q=X/R,Q书称品质因数,实际代表增大的倍数,Q值可达几十甚至几百,X代表感抗,R代表纯电阻。
7、视在功率的守恒定律
(1)在交流电路中有功功率不能守恒
按照书中观点,根据能量守恒定律分析:在交流电路中有功功率应当是守恒的,即电源输出的总有功功率与负载消耗的总有功功率相等。
但从实践得知:有功功率不是守恒的,如果有功功率能守恒,那么电路谐振现象就不会有应用价值,电容器就没有任何用处了。
在交流电路中视在功率的计算公式,虽然已经公认并在实践中得到了应用,但因否认它的物理意义,也就不可能称为定律。
(2)在交流电路中视在功率能守恒
新观点认为视在功率代表总电能,并且视在功率能守恒,为了更好地说明视在功率的物理意义,称为“视在功率守恒定律”:
在交流电路中,电源输出的总视在功率(包括内电动势)必然等于负载消耗的总视在功率,负载消耗的总视在功率为有功功率和无功功率的矢量和。
六、视在功率中心说有什么价值?
理论决定政策,理论是行动的指南,没有革命的理论就没有革命的胜利;同理没有节电的理论,节电工作也无法进行。新学说虽然不是“锦上添花”,也是“雪中送炭”,其情况是:
1、新理论有巨大的经济意义:
(1)有功功率中心说阻碍利用电容器节电工作
①从理论上不能解答利用电容器节电的原因
书中讲电感负载并联电容器后,可以使输入的总电流减小,提高电路中的有功功率因数,稳定电压,能减小电路中的有功功率损失。书中讲的现象虽然是正确的,但因对无功功率认识不清,为什么有以上的好处也解答不出来,补偿一个无用的,能节约一个有用的,是不符合能量守恒定律的。
②从实践中测量不出节约的有功功率
从实践中得知,电感负载并联电容器后,负载中的电流并没有减少,所以有功功率也不能减少,从有功功率方面分析就不节电。因为有功功率是一种耗散功率,此功率转变为热能不能补偿,对用电单位来说安装电容器后,测量不出节约的有功功率多少。书中节电计算公式为:WP=(I12-I22)RT;式中R为线路中的纯电阻,T为时间。 如按书中公式计算,因为低压线路距离近,电阻很小节电计算值就很少。
③从经济上得不到好处
因为无功功率不收电费,安装电容器需要成本,对用电单位来讲,就不同意安装电容器。
现在电力部门把利用电容器节电列为重点推广项目,并强调有功功率因数,要达到电力部门的要求,达不到时罚款。这种不科学的方法起到的作用是有限的,到目前为止还有的许多单位没有安装电容器。
(2)视在功率中心说能推动利用电容器节电:
①新观点能说明利用电容器节电的原因
因为无功功率能做功,电路谐振时产生能量,在电力电路中安装电容器就是利用电路谐振现象。安装电容器能补偿无功功率的损失,实际就是增加了电能量。又因为有功功率与无功功率是互相联系的,当输出有功功率时,需要消耗一定数量的无功功率;输出无功功率时,也要消耗一定数量的有功功率;所以电感负载并联电容器后,可以减少总电路中的有功功率损失,节约了有功功率。
另外因电路中的能量增加,使电压稳定负载多做功。
②从实践中能测量出节约的视在功率
因为新观点认为视在功率代表总电能,无功功率是总电能中的重要组成部分,当电感负载并联电容器后,输入的无功功率减少了,电流减小了,输入的视在功率也就同时减少了,利用电流表可以测量出来。新观点节电计算公式为:WS=(I1-I2)UT;从实践中得知电流可以减少1/3-1/2,例:中国南京有一个单位,安装电容器后由原来的电流100安左右减少到51安左右,有功功率因数由0.3提高到0.95以上。节电效果是很大的。
③能充分发挥经济杠杆的作用
在当代社会中,经济杠杆的作用是极大的,不论做什么工作必须有利可图,否则谁也不会去做。人们为了生存,拼命地工作目的就是为了获得一定的报酬。
因为无功功率代表能量,就可以按照不同成本,分别收有功功率和无功功率的电费(必须降低原来电费价格),也可按照视在功率收电费,对个人来说因感性负载很少,在降低原来电费价格后,比以前可以少交电费;对集体(厂矿)因感性负载多,可以自己安装电容器,补偿无功功率的损失,同样可以节约电费。
如果安装电容器后,负载中的电流减少1/3左右,节电也是1/3左右。如果按视在功率收电费,就可以节约1/3左右的电费。如果按照新观点、新的收费方法收电费,就是不让用电单位安装电容器,他们也会不答应的。
(3)怎样计算新理论的经济价值:
①按电网中全没有利用电容器节电计算:因为无功功率的需要量比有功功率还要多,如果全部的无功功率都由电容器或调相机供给,就相当于增大一倍的发电量,其价值是无法估量的。就是增大1/3的发电量,也是一个巨大的数字。
②从利用电容器的实际情况计算:如果按80%的用户已经安装了电容器,还有20%的用户没有安装,如果在这没有安装的单位全部利用电容器节电,其节电数量也是很大的。
③从利用电容器时间方面计算:如果一年按节约的电费10%计算,10年后就是10倍,百年千年后节电的数字就更大了。
④从因缺电影响生产和生活方面计算
早在80年代初期,全中国电力供不应求,尤其是矿山用电大户,三天两头停电,给生产和生活造成极大的损失,电就是人的生命,研究节电就成了头等大事,发展电力事业是发展生产的关键。
用节约的电能发展生产,其价值更大,是无法计算的天文数字。
2、新理论有巨大的科研意义:
因为有功功率与无功功率成本不同,如果承认无功功率能做功,为了节约电能,就要尽量利用无功功率做功。怎样利用无功功率做功,就成了新的研究课题。
①电动机的容量选择问题
如果无功功率不能做功,那么电动机运行时有功功率因数越高越好。如果无功功率能做功,就是有功功率因数要适当,不能过高和过低。
在电动机空载时,转子中的有功功率因数虽然很高,但定子中的有功功率因数很低,产生旋转磁埸的无功功率较多,特别是空载时机械损耗很大;
从节电方面看最好是在半满载的情况下运行,在此阶段磁路不饱和,可以利用较高的磁导率和无功功做功,还可以减少电动机因过载造成的损害。
②电感负载材料选择问题
在电工书中,对电感负载材料选择方面是与电功率计算公式相矛盾的,如果按照有功功率因数分析,电动机中的转子导体就要用电阻大的材料,铁心材料选择也是要用磁导率小的。但实际上选择材料与理论相反,没有理论根据。
新的观点明确提出电磁功率计算公式为:Q=IUSinΦ,SinΦ=X/Z,说明利用电阻小的导体,磁导率大的铁心,理论符合实践,有理论做指导。
必须知道:在交流电路中,只有纯电阻和纯电感两种阻抗,附加电阻不消耗电能,只是为了计算中的需要。有功功率在电路的末端(转子)中产生热量,有功功率计算公式:P2=I2U2COSΦ2,如果用U2=I2Z2,COSΦ2=R2/Z2,则P2=I22R2就是铜损,与铜损计算公式P2铜=I22R2相同。
转子中消耗的有功功率反映在定子或到发电机的全电路中,产生同步电抗不产生热量。末端绕组是能量转换的,其它绕组是传递能量的。
但在传递过程中纯电阻也消耗电能产生热量。对于异步电动机来说,转子中产生的热量大于定子中产生的热量,因为转子中的电流大于定子中的电流好几倍。产生的热量与电流的平方成正比。如何降低转子中的纯电阻,有重大经济意义。
③在转子设计时的匝数选择问题
在电工书中为了提高转子的有功功率因数,转子中的导体匝数减少,特别是鼠龙式转子导体短路,使转子中的电流增大,铜损增加。实践证明绕线式转子比鼠龙式转子起动转矩大,就说明绕线式转子,有研究推广价值。
④交流电的频率选择问题
从实践中看电感与频率成正比,提高用电的频率,也就增大无功功率与有功功率之比的分量。当前用的不一定就是最理想的,如果电流频增大,利用电容器节约的电能也会增加。
当代电力系统中电流的频率为50赫芝,如果要提高对利用电容器节电效果,就可以增大电流的频率,因电路谐振的品质因数Q=X/R,当频率增加一倍,节电也增大一倍。
⑤就地补偿是否可以减少对总电路中的有害谐波
在交流电路中产生有害的谐波,可能是由个别的电感负载中的无功功率产生的,如果无功功率就地补偿,无功功率从电容支路中供给,有可能减小无功功率产生的有害谐波对总电路的影响。

说明:
1、因为在各种负载中电流电压计算公式与书中相同,在文章中省略。
2、此论文只是简要说明,详情在1995年10月内部出版的《电子力学》。谁能首先出版此书,谁就会对社会做出新贡献,谁能宣传出去科技成果就属于谁。
3、新理论是否正确?不是由科学家决定的,而是由实践结果决定的。因当代人已经利用了电路谐振现象,承认它产生能量的观点,总比否认它产生能量的观点好。
4、新理论虽然符合实践,有重大的经济意义。但因是新事物,受习惯思维的影响内行人很难接受;如果没有“伯乐”的支持,精神成果很难变成物质成果。
5、新理论产生是时代发展的产物,是当代人实践和智慧的结晶。此理论不是超前的而是逆后的,在实践中有无数证据(略)。
 作者:曾 凡 昌;单位:辽宁鞍钢弓长岭矿业公司; 职称:工程师(退休)
联系电话:0419-5110872;邮 箱 :gclzfc@163.com    邮 编:111007
通信地址:辽宁省辽阳市弓长岭区团山街头道沟委6组16-4-4

7: 学习那找来的宝贝?说得好。 8: REdavidli88 发表于 2006-9-15 01:01 ?b>绮庖潜?/b> ←返回版面    

搞错了吧???!!!

记得功率因数是有功功率与视在功率之比才对。

照LZ的理解,100W白炽灯有功功率100W,无功功率为0,功率因素岂不是无穷大?


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不会是说笑话吧?
功率因数=有功功率/视在功率*100% 9: 这种基础性常识何需咬文嚼字?    只见过功率因系的表达是用百分位的小数,如:0.95、0.8等,未见过百份数的表示唷,如:95%,80%

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