電工知識：感性負(fù)載、容性負(fù)載、阻性負(fù)載、功率因數(shù)、無功補(bǔ)償
來這里，跟老賀，學(xué)機(jī)電
感性負(fù)載、容性負(fù)載、阻性負(fù)載、功率因數(shù)、無功補(bǔ)償都是什么？
先看 ：?
負(fù)載：
負(fù)載在物理學(xué)中指連接在電路的兩端具有一定電勢差的電子元件，用于把電能轉(zhuǎn)換成其他形式能的裝置。
在電工學(xué)中指在電路中接收電能的設(shè)備，是各類用電器的總稱，常用的負(fù)載有電阻、引擎、燈泡、空調(diào)、電動機(jī)等可消耗功率的元件。
負(fù)載，又稱負(fù)荷、載荷。物理含義指將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量的裝置，是一切用電器的統(tǒng)稱。
例如電燈泡、電動機(jī)、電爐等都叫負(fù)載，它們分別將電能轉(zhuǎn)化成光能、機(jī)械能、熱能等。
另一方面，對電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備本身來說，它們承受載荷都有一定限度，一般在其銘牌上都有標(biāo)注。
超過這個限度就叫過載，過載是不允許的，它是引起事故的重要原因。
負(fù)載也可以進(jìn)一步解釋為動力設(shè)備（如電力設(shè)備）在運(yùn)行時所產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換和消耗的功率，例如發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時的負(fù)荷就是指當(dāng)時所發(fā)出的KW或KVA數(shù)。
有時也指動力設(shè)備的其他出力，例如汽輪機(jī)在運(yùn)行中的負(fù)荷即指當(dāng)時所產(chǎn)生的軸功率千瓦數(shù)。
發(fā)電機(jī)或電動機(jī)在運(yùn)行中的負(fù)荷就是指當(dāng)時所發(fā)出或消耗的功率千瓦數(shù)，蒸汽鍋爐在運(yùn)行中的負(fù)荷常指當(dāng)時所產(chǎn)生的蒸發(fā)量千克每小時或噸每小時數(shù)。
按用戶的不同，有電力負(fù)荷和供熱負(fù)荷兩大類。
負(fù)載是指連接在電路中消耗電能的電源兩端的電子元件，它是用電能進(jìn)行工作的裝置，又稱“用電器”。
通常使用的照明器具、家用電器、機(jī)床等都可稱為用電器，電壓表、電流表等等不屬于用電器，只是維修或維護(hù)的工具。
常見的負(fù)載有：冰箱、冷飲機(jī)、空調(diào)器、電扇、換氣扇、冷熱風(fēng)器、空氣去濕器、洗衣機(jī)、干衣機(jī)、電熨斗、吸塵器、地板打蠟機(jī)、微波爐、電磁灶、電烤箱、電飯鍋、洗碟機(jī)、電熱水器、電熱毯、電熱被、電熱服、空間加熱器、電動剃須刀、電吹風(fēng)、整發(fā)器、電動按摩器、微型投影儀、電視機(jī)、錄像機(jī)、攝像機(jī)、煙火報警器、電燈、電腦等。
01. 感性負(fù)載
感性負(fù)載是指帶有電感參數(shù)的負(fù)載，即負(fù)載電流滯后負(fù)載電壓一個相位差時負(fù)載為感性負(fù)載，如變壓器、電動機(jī)等。
另外一種是指有些設(shè)備在消耗有功功率時還會消耗無功功率，并且有線圈負(fù)載的電路，叫感性負(fù)載。
應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制作的大功率電器產(chǎn)品，如電動機(jī)、壓縮機(jī)、繼電器、日光燈等，它們都屬于感性負(fù)載。
這類產(chǎn)品在啟動時需要一個比維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需電流大得多的啟動電流，例如一臺在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時耗電150瓦左右的電冰箱，其啟動功率可高達(dá)1000瓦以上。
電感對電流的變化有抗拒作用，當(dāng)流過電感器件的電流變化時，在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其極性是阻礙電流變化的。
當(dāng)電流增加時，將阻礙電流的增加，當(dāng)電流減小時，將反過來阻礙電流的減小，這使得流過電感的電流不能發(fā)生突變，這是感性負(fù)載的特點。
02. 容性負(fù)載
容性負(fù)載一般是指帶電容參數(shù)的負(fù)載，即負(fù)載電流超前負(fù)載電壓一個相位差時負(fù)載為容性，如補(bǔ)償電容負(fù)載。
容性負(fù)載充放電時，電壓不能突變，其對應(yīng)的功率因數(shù)為負(fù)值，對應(yīng)的感性負(fù)載的功率因數(shù)為正值。
03. 阻性負(fù)載
阻性負(fù)載指的是通過電阻類的元件進(jìn)行工作的純阻性負(fù)載，即負(fù)載電流負(fù)載電壓沒有相位差時負(fù)載為阻性，如白熾燈，電爐等。
對于燈具來講，靠電阻絲發(fā)光的屬于阻性負(fù)載，如碘鎢燈、白熾燈、電阻爐、烤箱、電熱水器、熱油汀等。
靠氣體導(dǎo)通發(fā)光的燈具就是感性負(fù)載，如日光燈、高壓鈉燈、汞燈、金屬鹵化物燈等。
我們也可以這樣理解感性負(fù)載、容性負(fù)載和阻性負(fù)載之間的區(qū)別。
感性負(fù)載具有電感的性質(zhì)，一般采用電磁感應(yīng)原理，此類負(fù)載電流不能突變。
容性負(fù)載具有電容的性質(zhì)，需要進(jìn)行充放電，此類負(fù)載電壓不能突變。
阻性負(fù)載具有電阻的性質(zhì)，它通過電阻類原件進(jìn)行工作，如靠電阻絲發(fā)光的白熾燈。
針對不同類型、不同參數(shù)的負(fù)載，有著不同的電源選型方法，所以想為負(fù)載選擇匹配合適的電源，需要提前知道負(fù)載的性質(zhì)。
迪龍科技作為市場上老牌的電源制造商，其工作人員在電源選型方面有著豐富的經(jīng)驗，可為不同客戶的不同負(fù)載，針對性地作出電源選型建議。
所以，我們在咨詢迪龍科技工作人員進(jìn)行電源選型時，需清楚告知工作人員匹配的負(fù)載是什么，負(fù)載具體參數(shù)是多少等信息，以便工作人員作出準(zhǔn)確地判斷，為您進(jìn)行電源選型。
下面再來看看關(guān)于無功功率、功率因數(shù)都是什么吧！
一、無功功率
我們知道，電網(wǎng)中的許多電力設(shè)備多是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，他們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。
電源能量在通過純電感或純電容電路時并沒有能量消耗，僅在負(fù)荷與電源之間往復(fù)交換、在三相之間流動，由于這種交換功率不對外做功，因此稱為無功功率。
從物理概念來解釋感性無功功率：
由于電感線圈是貯藏磁場能量的元件，當(dāng)線圈加上交流電壓后，電壓交變時，相應(yīng)的磁場能量也隨著變化。電壓增大時，電流及磁場能量也就相應(yīng)加強(qiáng)，此時線圈的磁場能量就將外電源供給的能量以磁場能量形式貯藏起來；當(dāng)電流減小和磁場能量減弱時，線圈把磁場能量釋放并輸回到外面的電路中。
交流電感電路不消耗功率，電路中僅是電源能量與磁場能量之間的往復(fù)轉(zhuǎn)換。
電感線圈（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）
從物理概念來解釋容性無功功率：
由于電容器是貯藏電場能量的元件，當(dāng)電容器加上交流電壓后，電壓交變時，相應(yīng)的電場能量也隨著變化。電壓增大時，電流及電場能量也就相應(yīng)加強(qiáng)，此時電容器的電場能量就將外電源供給的能量以電場能量形式貯藏起來；當(dāng)電壓減小和電場能量減弱時，電容器把電場能量釋放并輸回到外面的電路中。
交流電容電路不消耗功率，電路中僅是電源能量與電場能量之間的往復(fù)轉(zhuǎn)換。
二、無功分類
上文中，我們提到了感性無功和容性無功。除此之外，還有基波無功和諧波無功。
感性無功：電流矢量滯后于電壓矢量90°。如電動機(jī)、變壓器、晶閘管變流設(shè)備等；
容性無功：電流矢量超前于電壓矢量90°。如電容器、電纜輸配電線路等；
基波無功：與電源頻率相等的無功（50HZ）；
諧波無功：與電源頻率不相等的無功。
三、功率因數(shù)
實際供用電系統(tǒng)中的電力負(fù)荷，并不是純感性或純?nèi)菪缘?，是既有電感或電容、又有電阻的?fù)載。這種負(fù)載的電壓和電流的相量之間存在著一定的相位差，相位角的余弦cosφ稱為功率因數(shù)，又稱力率。它是有功功率與視在功率之比。
三相功率因數(shù)的計算公式為：
cosφ = P/S = P/√P2+Q2
在上面的式子中：cosφ指功率因數(shù)，P指有功功率（KW），Q指無功功率（Kvar），S指視在功率（KVA）。
功率因數(shù)通常分為自然功率因數(shù)、瞬時功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)三種。
在三相對稱電路中，各相電壓、電流為對稱，功率因數(shù)也相同。那么三相電路總的功率因數(shù)就等于各相的功率因數(shù)。
三相異步電動機(jī)（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）
四、無功補(bǔ)償
電力系統(tǒng)中，不但有功功率要平衡，無功功率也要平衡。
有功功率、無功功率、視在功率之間的相量關(guān)系如下圖所示：
由式子cosφ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因數(shù)cosφ越小，所需的無功功率就越大。為了滿足用電的要求，供電線路和變壓器的容量就需要增加。這樣會增加供電投資、降低設(shè)備使用率、增加線路損耗。
為了提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，需要根據(jù)電網(wǎng)中的無功類型，人為補(bǔ)償容性無功或者感性無功，來抵消線路的無功功率。
而關(guān)于無功補(bǔ)償?shù)闹饕饔?，則是提高功率因數(shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓、提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負(fù)載的有功和無功功率。
安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，可限制無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，相應(yīng)減少了線路的電壓損耗，提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。
我們先來看第一個作用：提高電壓質(zhì)量。其原理是什么？
把線路中電流分為有功電流la和無功電流lr，則線路中的電壓損失可以用下面的式子來表示：
這個式子中，P指有功功率（KW），Q指無功功率（Kvar），U指額定電壓（KV），R指線路總電阻（Ω），XI指線路感抗（Ω）。
因此，提高功率因數(shù)后可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率Q，若保持有功功率不變，而R、Xl均為定值，無功功率Q越小，電壓損失就越小，從而提高了電壓質(zhì)量。
來看第二個作用：提高變壓器的利用率、減少投資。其原理是什么？
把功率因數(shù)cosφ1提高到cosφ2，提高變壓器利用率，如下圖公式所示：
不難看出，補(bǔ)償后變壓器的利用率比補(bǔ)償前提高ΔS%，可以帶更多的負(fù)荷，這樣就減少了輸變電設(shè)備的投資。
第三個作用：減少用戶電費支出。
可以避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰。
可以減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，電費可相應(yīng)降低。
第四個作用：提高電力網(wǎng)傳輸能力。
有功功率與視在功率的關(guān)系式為：P=Sxcosφ。可見，在傳輸一定有功功率的條件下，功率因數(shù)越高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)墓β试叫 ?/p>
最后，我們來了解下無功補(bǔ)償?shù)陌才欧绞接心男?/p>
1. 集中補(bǔ)償：裝設(shè)在企業(yè)或地方總變電所6KV至35KV母線上，可減少高壓線路的無功損耗，而且能提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。
2. 分散補(bǔ)償：裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或村鎮(zhèn)終端變、配電所的高壓或低壓母線上。這種方式與集中補(bǔ)償有相同的優(yōu)點，但無功容量較小，效果較明顯。
3. 就地補(bǔ)償：裝設(shè)在異步電動機(jī)或電感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行補(bǔ)償。這種方式既能提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，又能改變用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。
注意：無功補(bǔ)償?shù)墓?jié)能只是降低了補(bǔ)償點至發(fā)電機(jī)之間的供電損耗，因此，高壓側(cè)的無功補(bǔ)償不能減少低壓網(wǎng)側(cè)的損耗，也不能使低壓供電變壓器的利用率提高。根據(jù)最佳補(bǔ)償理論，就地補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果最為顯著。
關(guān)注機(jī)電雜談專欄，以及同名公眾號，學(xué)機(jī)電，提能力：
