獨立電源系統的無功補償及意義

【摘要】本文通過分析獨立電源系統供配電系統，受功率因數過低影響的各種不利情況，簡要的論述了無功補償的原理和意義，以及采取無功補償措施的必要性。

【關鍵詞】獨立電源系統；無功補償；意義

一、無功補償的原理

電氣設備工作，需要電源（發電機）提供的不單是有功功率，同時也需要必要的感性無功功率，設備方能正常工作。一般電源的額定功率在0.8～0.85，一個系統中電源和負載的功率時刻處于一種動態的平衡，且電源的功率因數決定于所接負載。若負載功率因數過低，這必然使電源功率因數下降，而這對系統中無論電源側還是負載側都是極為不利的。提高功率因數的常用方法是補償法，低壓供配電系統中常用并聯電力電容器的辦法來補償用電設備需要的無功功率，這就稱為電容無功補償法。采用并聯電容器進行無功補償的基本原理，可用R、L、C交流電路進行分析。

由圖可知：補償前后（有無虛線部分），R、L串聯支路的電流并未變化，所需要的有功和無功能量也并未發生變化。但此時，干線上得電流卻沖I'變成了I。從右側的相量圖可見后者較前者小，即I

二、無功補償的意義

（1）使電源被充分利用，減小其體積和重量。發電機的容量一般是用視在功率S來衡量的。而S=■，S一定，電源所發的無功功率Q越多，則電源所能提供的有功功率P就會越少，而電氣設備實際消耗的只是有功功率，若這些無功功率能有其他設備（并聯電容器）來提供，這時電源可以工作在較高的功率因數之下，提供更多的有功帶更大的負載，或者說同樣的負載下可以減小電機的功率。這對移動供電系統意義十分的重大。一般移動式的供電系統都希望盡量的減小設備的重量和體積，而電機的功率與其尺寸是成正比的。提高負載功率因數，增加電源的有功輸出，實際上就是提升了電源的利用率。（2）改善電源工作情況。發電機的容量最終決定與其定轉子各部分溫度限值。功率因數過低時，發電機實際上根本連視在功率都達不到。發電機要能穩定住其端口電壓就必須保持其氣隙合成磁場恒定。帶負載是電源的氣隙合成磁場有勵磁磁勢和電樞反應磁勢共同產生，負載功率因數cosφ越低，其電樞反應的去磁作用就越強，此時要穩定住電源電壓就只有增大勵磁磁勢，及增大直流勵磁電流，這將引起發電機轉子溫升升高，同時負載消耗有功一定時，cosφ越低輸電線路中的電流I＝P／Ucosφ就越大，使定子發熱也增加，此時電機若仍工作于額定視在功率之下，這必然溫升超限，是發電機工作情況惡化，降低電源工作可靠性，加速絕緣老化，影響其使用壽命。（3）減小電能損耗。對輸電和配電線路來說，線路中的損耗與電流有效值大小的平方成正比，當輸送同樣大小的有功功率P＝IUcosφ時，功率因數越低，輸電線路中的電流I＝P／Ucos φ就越大，而無論電源繞組或是線路的電阻損耗都是按電流平方正比增加。提高功率因數正可減小電能損耗。（4）提升供電質量。當功率因數降低，線路電流增大時，勢必造成線路中電壓降△U增大，這將導致線路末端的電壓降低，尤其一些車載或者航空電源為了減小電機的體積、重量多采用400HZ的交流電源，線路電抗與頻率正比，交流電阻亦受集膚效應的影響而增大。線路的電壓降由線路阻抗和電流的乘積決定。若末端用戶電壓過低，則電動機負載出力下降，甚至根本無法起動，而過于升高線路始端的電壓就會對電源產生（1）、（2）條中的影響，且增加氣隙磁場就是增加鐵損耗發熱，通過無功補償提高功率因數，可以提升線路末端電壓。

綜上所述，對于車載獨立系統提高用電功率因數是非常必要的，通過補償無功不但可以提高發電機的利用率，同樣負載下可縮小其尺寸、重量；同樣發電設備條件下，提高發電能力。而且可以減小電能損耗、提高用電質量，也是的一項很重要的節電技術措施。

參考文獻

[1]邱關源．《電路》．高等教育出版社

[2]許小峰．《大電機運行》第二版．沈陽工程學院