电容及电感在交流电下会不会产生电流的热效应 我们仔细想想,在交流配电网的供电末端有一台电动机,它的线圈可以理解为电感,它如何与电源也就是电力变压器交换无功功率?
图1:电感在交流正弦电路中的电压、电流和功率波形图
我们知道,电感在交流正弦电路中,因为反向电动势的原因,它两端的电压与电流之间存在近90度的相位差。对于纯粹的感性回路,相位差就等于90度。
我们看图1:注意将功率波形图与电压、电流波形图对照,我们会发现电感在一段时间内从电源吸取功率,在另一段时间内又向电网回馈功率。如果不考虑电源与电感之间的导线电阻,则电感可以被认为是不消耗能量的。
下图是电容的情况:
图2:电容在交流正弦电路中的电压、电流和功率波形图
从图2中我们看到,电容的情况与电感是类似的,差别只是电压与电流的相位差区别:一个是电压超前90度,一个是电流超前90度。
区别于电阻,我们把电感和电容与电源之间的功率交换,叫做无功功率,意思就是它们不消耗有功功率。但情况果然是如此吗?
导线的线路电阻我们在学习时可以不考虑,但在实际的配电系统中,由于电流规模很大,就必须考虑线路电阻了。
我们这样想:当电感和电容等无功负荷与电源交换无功功率时,对应的无功电流必然会流过两者之间的电缆。电缆上既有阻性负载产生的有功功率电流,也有电感/电容产生的无功功率电流,两者均会使得电缆发热。
我们把无功功率对应的发热叫做“无功功率交换引起的电缆有功消耗”,有点拗口的名词组合。
这就是题主谈到的热效应。
我们看下图:
图3:无功补偿的位置关系
我们由图1和图2可以看到,电容与电感的相位差关系正好是反的。如果我们在电感的旁边并联合适的电容,岂不是就能部分地消除无功功率?
这就是无功补偿。不过,无功补偿的补偿电容,一定不能把功率因数cosφ补偿到等于1。为何?如果功率因数等于1,预示着此时电容与电感产生了谐振。对于实验室中小规模的电路来说,谐振不会产生什么特别大的影响,但对于大电流的供配电系统来说,这是灾难性的,系统会因为过电压而发生事故。
我们仔细看图3,图中的无功补偿有三处:第一处在电力变压器的中压侧,也即供电公司配电网的末端;第二处在电力变压器的低压侧,第三处在低压配电网的末端用电设备处。
对于第三处,我们已经知道它能减小电力变压器与用电负荷之间的电缆发热,所以这种无功功率补偿方式是最优的。我们把它叫做就地无功补偿。
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