ARC功率因數(shù)自動補(bǔ)償控制儀的工作原理

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)中使用的感性負(fù)載也愈來愈多，如感應(yīng)式電動機(jī)、變壓器等。這些設(shè)備在工作時不但要消耗有功功率，同時需要電網(wǎng)向其提供相應(yīng)的無功功率，造成電網(wǎng)的功率因數(shù)偏低。在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器可以減少電網(wǎng)向感性負(fù)載提供的無功功率，從而降低輸電線路因輸送無功功率造成的輸電損耗，改善電網(wǎng)的運(yùn)行條件，因此功率因數(shù)補(bǔ)償控制器一直有著廣闊的應(yīng)用市場。本文所介紹的功率因數(shù)補(bǔ)償控制器符合JB/T9663-1999國家標(biāo)準(zhǔn)，主要功能有：

(1)相序自動識別

(2)電壓、電流、功率因數(shù)采樣與顯示

(3)過壓解除、欠流封鎖，從而保護(hù)電容器及避免循環(huán)投切

(4)采用先投入的先切除，先切除的先投入的原則，對補(bǔ)償電容實(shí)行循環(huán)投切

(5)所有的工作參數(shù)都可以通過面板按鍵設(shè)定，包括投入門限、切除門限、過壓保護(hù)門限、欠電流封鎖門限、投切延時時間

一、工作原理

采樣三相電源中一線電流(如A線)與另外兩線的電壓(如BC線)之間的相位差，通過一定的運(yùn)算，得到當(dāng)前電網(wǎng)的實(shí)時功率因數(shù)。此功率因數(shù)與設(shè)定的投入門限和切除門限比較，在整個投切延時時間內(nèi)，若在投切門限以內(nèi)，則不予動作;若小于投入門限，則另投入一組電容器;若大于切除門限或發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)為負(fù)時，則切除一組已投入的電容器。再經(jīng)過投切延時時間，重復(fù)比較與投切，直到當(dāng)前的功率因數(shù)達(dá)到投切門限以內(nèi)。在投切過程中，若發(fā)現(xiàn)檢測到的電壓大于設(shè)定的過壓保護(hù)門限，則按組切除所有已投入的電容;當(dāng)檢測到的電壓超過設(shè)定的過壓保護(hù)門限的10%時，則一次性切除所有已投入的電容，用以保護(hù)電容器。在投切時若發(fā)現(xiàn)檢測到的電流小于欠電流封鎖門限，則停止投切動作，避免系統(tǒng)出現(xiàn)循環(huán)投切現(xiàn)象。

由于在三相供電中有不同接線方法，不同的接線方法對功率因數(shù)的算法也不一樣，因此我們規(guī)定ARC系列功率因數(shù)自動補(bǔ)償控制儀的電流取自三相供電中的A線，電壓取自BC間的線電壓，同時為減少現(xiàn)場接線的復(fù)雜度，我們在程序中對相位進(jìn)行自動判別。

則有Ua=Usin(ωt)，Ub=Usin(ωt+120o)，Uc=Usin(ωt+240o)，

從而得到BC間的線電壓為Ubc=Ub-Uc= Usin(ωt-90o)

若A線負(fù)載為純阻性，則A線電流Ia與A線電壓Ua同相，Ia超前Ubc的角度為90o;

若A線負(fù)載為感性，則A線電流Ia滯后A線電壓Ua角度為φ(0o≤φ≤90o)，Ia超前Ubc的角度為90o-φ;

若A線負(fù)載為容性，則A線電流Ia超前A線電壓Ua角度為φ(0o≤φ≤90o)，Ia超前Ubc的角度為90o+φ

在我們的ARC功率因數(shù)自動補(bǔ)償控制儀中，為了計算的方便，我們電流相位的采樣為電壓采樣的第二個周期，即若沒有相位差I(lǐng)a滯后Ua的角度為360o。在實(shí)際檢測中，假設(shè)我們檢測到Ia滯后Ubc的角度為α，根據(jù)以上的分析得知：

若180o<α<270o，則電路為容性負(fù)載，COSφ=COS(270o-α)

若α=270o，則電路為感性負(fù)載，COSφ=1

若270o<α<360o，則電路為感性負(fù)載COSφ=COS(α-270o)

為方便用戶接線，若用戶將電壓Ubc接成了Ucb，或?qū)a的輸入接反，根據(jù)以上的推斷，我們同樣可得到：

若0o<α<90o，則電路為容性負(fù)載，COSφ=COS(90o-α)

若α=90o，則電路為感性負(fù)載，COSφ=1

若90o<α<180o，則電路為感性負(fù)載COSφ=COS(α-90o)