1、基于电容的节能器的研究针对世面节能器的研讨和实验结论高秀梅文章摘要 随着国民经济的发展，负荷的日益增多，供电容量越来越大，节约用电越来越受到国家的重视，本文通过对世面节能器的研究，验证了电容作为补偿器能否省电的问题。关 键 词 电容 移项 铝盘转矩 损耗1 引言电容器是由两个极板与极板间的介质构成的，因此使得电容器在结构上比电阻相对复杂。电容根据结构的需要，其外形几何形状不一、体积大小不一、封装模式不一、外表颜色多样化等，都使得人们对电容器多少有一种神秘感。而真正对电容元件产生神秘感之处的应该是电容器所具备的电气特性和电容器在电路中各种奇妙的作用。电容器在交流电路中，能禁止直流成分通过、提供交
2、流电流通路；在直流电路中，则能阻断直流电流而给交流信号电流提供通路；在各种延迟电路中，能够充分地施展自己的冲放电特性；在高功率电路中，不但可以储能，还能够以显著的移项特性有效提高功率因数等。电容元件与电阻相比较，在电路中的工作状态上与电阻不同，电阻在电路运行中一直在一定的电流下工作着，然而电容器在某些电路结构中不一定在电路通电运行过程中都在起作用，而是期待着电路某种事件发生时刻才发挥自己的作用。如果所期待的某种事件永远不发生，那么该电容也就永远处于不起作用的状态；有些电容元件只是在电路电源加入或断开的瞬间起作用，而在电路得电运行过程中便不再起作用，无论运行时间长短。2 移项电容移项电容是电力系
3、统中用来改进电力系统和设备功率因数的电力电容。它的主要用途是提高电力系统与电力设备的功率因数cos，通常是将它并联于电力系统或电力设备的两端，以补偿一般工业用电电流对电压的滞后效应。2.1 移项原理图 1图 1 中，C 为移向电容，L 为感性负载电感线圈的电感量，R 为感性负载电感线圈的直流等效电阻。在开关 S 断开时，即未并入移项电容 C 时，矢量图中的总电流 I 0 滞后与电源电压 U 的相位角为1；当开关 S 闭合时，即并入移项电容 C 时，矢量图中的总电流 I滞后于电源电压 U 的相位角为 2，明显减小。从矢量图中可见，电流对电压滞后的相位角由 1 减小 2 到，显然因为 2cos1即
4、，大大得提高了功率因数 cos；再则，并联电容后使电路中的总电流由 I0 减小到 I，那么电容的补偿电流为 Ic 为Ic=I0sin1-Isin2并联电容后的无功功率 Q 为Q=UIC=U(I0sin1-Isin2)该电力系统或电力设备的无功功率 P 为P=UI0cos1-UIcos2将上两式联立消去 I0 与 I 得Q=P(sin1/cos1-sin2/cos2)=P(tan1-tan2)并联电容后节省的视在功率 S 为S=UI0-UI=P(1/cos1-1/cos2)2.2 对移项电容的研究发现能有效地使电力系统或电力设施的功率因数 cos 得到提高和改善。一般可使功率因数 cos 由 0
5、.65 提高到 0.9 以上。减小了输电线路的有功损耗。由于移项电容并入后电容电流的补偿作用，使线路的总电流减小，从而可减小线路压降和有功损耗，减小线路空载与满载间的电压波动。可提高原有电力设备的有功利用率。由于移项电容并入后使线路的视在功率减小，所以可提高原有电力设备（如发电机、变压器等）的有功利用率。3 电路分析3.1 电度表中铝盘转矩的产生在分析电路之前，先让我们了解一下电度表中铝盘转矩是怎么产生的。交流电能的测量大多采用感应式电度表。而在电度表内部有两种铁芯，即电压铁芯和电流铁芯。电度表工作时，电压和电流铁芯就会交变磁通 U 与 I ，又因为 U 与 I 之间存在相位差，因此，当它们穿
6、过铝盘（能在电压与电流铁芯之间间隙中自由转动的铝制盘）时，便在铝盘上产生一个移动磁场，一旦铝盘上有磁场向一定方向移动，在铝盘上将会产生感应电流（涡流） ，此电流与磁场相互作用便产生铝盘转矩，转矩方向与移动磁场方向相同，而铝盘的平均转矩与负载的有功功率成正比。即：MP=C1P= C1UI cos式中 MP-铝盘转矩（电度表显示度数） 。P-负载功率。C1-比例常数（又称电度表常数，表示电度表对应于 1 千瓦/小时铝盘转动的转数。电度表常数是电度表的一个重要参数，在电度表铭牌上作有标注） 。3.2 并联电容后的省电分析以日光灯电路图为例来分析图 2理论验证：日光灯电路是我们家庭用中较广泛的感性负载
7、。图 2 中假设 R=100，XL=173，C=11.6uF，通过开关 S 接通和断开可以并入或移出移项电容 C，通过计算我们可以得出：当开关 S断开时，电流表显示 1.1A，功率因数 cos=0.5，有功功率P=121W。当开关 S 接通时，电流表显示为 0.57A，功率因数cos=0.96，有功功率 P=121W。这与我们前面所讲的电度表转矩的产生相吻合，即不管是否并入移项电容，消耗的有功功率是不变的，电度表所产生的转矩也是一样的。实际验证：通过实验得出，在并联上移项电容之后，电度表会走慢，但不是很明显，电度表每转三圈会少转 10 秒（用不同的设备可能不一样） ，而减小的 10 秒正是电路
8、中节省的线路损耗，即电流小了，线路损耗也会减小，所以电度表会转慢。同理，当我们在一只白炽灯的两端并联一只电容时，非但不会省电，还会费电，加速线路的老化，产生不安全因素。33 世面上的节能器一般世面上的节能器里面有一个耐压为 400V 的电容。在现场销售中，销售人员把节能器并联在日光灯的两边，又早在电度表上作了手脚（插上节能器后转速明显变慢） ，所以人们才误认为真的能省电。由于家庭线路短及用电中负载形式的不固定，所以并联移项电容之后，节电效果并不明显，有时还会增加损耗。4 结束语供电部门在计算用电量时分有功电度和无功电度，而工厂中存在大量的无功功率，所以在工厂的配电房里都配有电容柜，它能通过微机控制实施对感性负载做出检测，变换并联不同数量的电容做出补偿，从而大幅度的提高电源的利用率，减小线路损耗。由于我国领土面积广阔，每年的供电量及消耗在供电线路上的损耗让人叹为观止，所以有节电意识是可贵的，但家庭中没有必要安装所谓的节能器，更不能上骗子的当。参考文献1周惠潮 常用电子元件及典型应用 电子工业出版社 2005.52劳动部培训司组织编写 电子元器件的选用与检测 机械工业出版社 2004.13蒋远茂 电工仪表与测量 中国劳动出版社 1994.24易沅屏. 电工学 高等教育出版社 1993.3 ?应用技术研究1作者简介：高秀梅 女 理学硕士 电气工程系讲师
