功率因数补偿器原理

电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。减少了无功功率在电网中的流动，可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，这种措施称作功率因数补偿。

由于功率因数提高的根本原因在于无功功率的减少，因此功率因数补偿通常称之为无功补偿。

功率因数自动补偿器是提高电网系统中功率因数的全自动化电子装置，通过它的调节作用，使电网中的无功消耗降到最小，达到充分利用电能、节约用电的目的。我站使用的GBK4-1C型控制器，是通过检测系统中的负荷的功率因数自动投、切补偿电容器使系统功率因数在规定的范围内运行。

检测功率因数投、切法的思想是，当一个系统功率因数下降至低于下限整定值时投入补偿电容器，当功率因数超过上限整定值时切除补偿电容器。图一说明此控制方式的原理。

图中OA为功率因数下限整定值COSj A线，OB为功率因数上限整定值COSj B线，假设负荷线沿OD直线增加，其功率因数为COSj ，当负荷增至临界调节功率点M1时，电容器C1投入，这时补偿的无功功率为M1K1，视在功率为OK1，使功率因数在OA、OB两直线限定的范围内。若负荷继续增至M2点时，电容器C2又投入运行，又将功率因数控制在规定的范围内，负荷若再增至M3点时，电容器C3投入，使功率因数维持在规定的范围内。当负荷减少时，如由K3点减少至N1点时，电容器C1被切除，负荷若减少到N2点时，电容器C2又被切除，当负荷减少至临界调节功率线左面时，电容器被全部切除。这里临界调节线的位置取决于最小补偿电容器组的容量，负荷的性质以及所规定的功率因数的调节范围。图二为自动补偿控制器原理图。

图中按虚线将控制器分成：、测量部分；、直流放大部分；、执行部分；、电源部分。工作如下：先将交流电压与电流间的相位差，转换成直流电压信号，再将直流信号放大驱动执行部分动作，投入或切除补偿电容器。

测量部分的交流信号取自电网系统中母线A、C相线电压uAC和B相电流iB，由图三知三相交流系统中，当B相电流iB与B相电压uB同相，即COSj =1时，相电流iB与线电压uAC相差为p /2，当iB超前或滞后uB时，iB、uAC相位差就会小于或大于p /2，为了测出这种相位关系的变化，测量部分采用半波相敏差分放大线路，u1、u2分别反映交流侧uAC及iB相位的两个交流电压值。由图知，只有当u2处于负半周时T1、T2的发射结正向偏置，才有可能导通。根据u1的极性决定是否产生集电极电流i1、i2。图四、图五、图六是反映u1与u2的相位关系与检测回路中T1、T2集电极电流流通的情况。图四为u1、u2同相在一周内只有T1导通，由于发射极与集电极所加的电压u1、u2的平均值最大，集电极电流i1最大而T2不会导通，故一周内a、b间的直流输出电压Uab=i1R1》0并为最大。图五为u1超前、u2相位p /2，由图可见，在0~p /2时，u1处于正半周，u2处于负半周，T2发射结正向偏置而导通，集电极电流i2经过二极管D2流达电阻R2，在3p /2~2p 期间，u1、u2均处于负半周，T1发射结正向偏置导通，集电极电流i1经二极管D1流过电阻R1，这样在一个周期内，T1、T2均导通p /2，而且导通期间两只三极管基极电压和集电极电压平均值相同，故i1=i2，选择R1=R2，则此时在一周内直流输出电压Uab=i1R1-i2R2=0。图六为u1与u2相差小于p /2，显而易见，T2导通时间比T1导通时间短，此时一周内i1平均值大于i2平均值，故Uab=i1R1-i2R2》0，此时Uab小于u1与u2同相位时的直流输出值，如果u1与u2相位差大于p /2时，同样可得Uab=i1R1-i2R2《0，因此可根据交流侧电压uAC与电流iB的相位差使相敏放大线路输出不同的直流电压去控制直流放大部分，在Uab《0时，Uab经D4、R4加到T3、T5的发射结，再由T3、T5放大后驱动继电器J1动作，反之Uab》0时，Uab经D3、R3加到T4、T6发射结，由T4、T6放大后驱动J2动作。当J1动作后，J1常闭触点打开，C5经R7由负电源充电，使T7基极电位不断下降，经过一段时间（延时）后T7、T9导通，继电器J3动作，使第一组电容器投入系统运行，同时控制第二组电容器投入的J3的常闭触点打开，第二组开始延时，如果第一组电容器投入系统运行后系统功率因数仍达不到要求，测量回路的直流输出Uab仍小于零，那么第二组的延时结束后，继电器J5动作，将第二组电容器投入运行；反之若Uab大于零，则T4、T6导通J2动作，经过延时后J4动作，将第一组电容器从系统中切除，如Uab仍大于零，则又经过延时后，切除第二组电容器，从而达到自动调控系统功率因数的效果。

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