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在電力系統(tǒng)中，由于電網(wǎng)的容量是一定的，這就意味著當(dāng)接入負(fù)載時，其功率即為P=U*Icosφ，由于cosφ＜1，則說明電網(wǎng)的容量得不到充分利用。在P、U不變的情況下，提高功率因數(shù)cosφ，能降低電網(wǎng)輸電線路的功率損耗，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。因此，提高功率因數(shù)是節(jié)能的重中之重。 由電工學(xué)理論，負(fù)載的瞬時功率由以下推論： 由公式推導(dǎo)，瞬時功率由兩個二次項組成，一項是與功率因數(shù)cosφ成正比的直流分量，另一項是與電網(wǎng)2ω頻率相關(guān)的交流分量。 用乘法器將u、i相乘，得負(fù)載的瞬時功率。如果設(shè)計一個陷波器，去除負(fù)載瞬時功率的2ω頻率的交流分量，那么，電路就只剩下與功率因數(shù)cosφ成正比的直流分量U*Icosφ。 另外，可用有效值檢測電路檢測u、i，從而得到電壓u、電流i的有效值U、I，用乘法器將U、I相乘，得負(fù)載的視在功率。由公式cosφ=P／U*I可知，只要在電路多加一個除法器，就可以正確檢測出負(fù)載的功率因數(shù)cosφ，圖1為檢測功率因數(shù)cosφ的方框圖。 可預(yù)置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置的工作原理 圖2為可預(yù)置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置的工作原理方框圖。當(dāng)負(fù)載接通電源后，功率因數(shù)檢測電路自動檢測電路的功率因數(shù)，待檢測的功率因數(shù)值與功率因數(shù)預(yù)置電路的期望值進(jìn)入可預(yù)置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置中的比較器進(jìn)行大小比較；當(dāng)電路的功率因數(shù)大于期望值時，調(diào)整電路不工作，而功率因數(shù)小于期望值時，功率因數(shù)調(diào)整電路工作，調(diào)整電路通過并聯(lián)電容補(bǔ)償或調(diào)整負(fù)載電源的頻率，從而改變負(fù)載的功率因數(shù)，當(dāng)功率因數(shù)提高到期望值時，比較器輸出為零，功率因數(shù)調(diào)整電路又停止工作。總之，可預(yù)置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置的工作，使負(fù)載的功率因數(shù)在期望值上下的一定范圍內(nèi)波動，并保持穩(wěn)定，這就是該電路的工作原理。 電路的基本組成 功率因數(shù)檢測 由乘法器、雙T型陷波器、有效值檢測電路以及除法器組成功率因數(shù)檢測電路。乘法器為由MC1494和集成運(yùn)算放大器LM324組成的電流／電壓轉(zhuǎn)換器。使用雙T型陷波器(見圖3)的目的在于去除電路中2f電網(wǎng)頻率信號，那么，電路就只剩下與功率因數(shù)cosφ成正比的直流分量U*Icosφ了。 在設(shè)計功率因數(shù)檢測電路時，以下幾點應(yīng)該注意： 1、雙T型陷波器的頻率選擇應(yīng)為電網(wǎng)頻率的2倍，由fn=1／2πRC正確選擇參數(shù)； 2、有效值檢測電路圖4中，RC應(yīng)滿足RC＞＞1／2πf，而R1、R2也應(yīng)滿足1.41=(R1+R2)／R2的條件。圖中的第一、二集成運(yùn)算放大器LM324組成峰值檢測電路，而第三集成運(yùn)算放大器則構(gòu)成比例放大器； 3、除法與乘法互為逆運(yùn)算，因此，除法器仍可采用上述由MC1494和集成運(yùn)算放大器LM324組成的電流／電壓轉(zhuǎn)換器。 功率因數(shù)預(yù)置 功率因數(shù)預(yù)置由電源經(jīng)橋式整流得2f脈動頻率，由集成電路4518分頻4Hz方波，作為功率因數(shù)預(yù)置信號。由40106、4001、4023、4516、AD558、LM324組成功率因數(shù)預(yù)置電路，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成0～1V電壓。 功率因數(shù)數(shù)字顯示 功率因數(shù)數(shù)字顯示部分由0～2V數(shù)字式表頭改造而成，由開關(guān)控制切換功率因數(shù)預(yù)置、功率因數(shù)檢測信號的顯示。 功率因數(shù)檢測、預(yù)置比較電路 預(yù)置輸入為反相輸入信號，如圖6所示，調(diào)節(jié)W1、W2，使功率因數(shù)預(yù)置值有上下限，通過LM393比較器，當(dāng)功率因數(shù)輸入電壓低于下極限時，NE55的3腳輸出高電平，電路中的功率因數(shù)調(diào)整電路工作，調(diào)整電路通過并聯(lián)電容補(bǔ)償或調(diào)整負(fù)載電源的頻率，從而改變負(fù)載的功率因數(shù)，當(dāng)功率因數(shù)提高到期望值上限時，NE55的3腳輸出為零，功率因數(shù)調(diào)整電路又停止工作。 功率因數(shù)調(diào)整電路 對于電感性負(fù)載，功率因數(shù)的調(diào)整可通過并聯(lián)電容補(bǔ)償或調(diào)整負(fù)載電源的頻率，以改變負(fù)載的功率因數(shù)來實現(xiàn)，功率因數(shù)調(diào)整電路所涉及的內(nèi)容較多，本文不作逐一論述。 結(jié)語 本文提出了可預(yù)置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置的設(shè)計方法，電路原理及構(gòu)成清晰。文章分析了電路的關(guān)鍵技術(shù)及注意事項。 |
