可預置功率因數(shù)補償裝置的設計

在電力系統(tǒng)中，由于電網(wǎng)的容量是一定的，這就意味著當接入負載時，其功率即為P=U*Icosφ，由于cosφ<1，則說明電網(wǎng)的容量得不到充分利用。在P、U不變的情況下，提高功率因數(shù)cosφ，能降低電網(wǎng)輸電線路的功率損耗，提高電網(wǎng)的供電質量，降低生產(chǎn)成本。因此，提高功率因數(shù)是節(jié)能的重中之重。

由電工學理論，負載的瞬時功率由以下推論：
  

由公式推導，瞬時功率由兩個二次項組成，一項是與功率因數(shù)cosφ成正比的直流分量，另一項是與電網(wǎng)2ω頻率相關的交流分量。

用乘法器將u、i相乘，得負載的瞬時功率。如果設計一個陷波器，去除負載瞬時功率的2ω頻率的交流分量，那么，電路就只剩下與功率因數(shù)cosφ成正比的直流分量U*Icosφ。

另外，可用有效值檢測電路檢測u、i，從而得到電壓u、電流i的有效值U、I，用乘法器將U、I相乘，得負載的視在功率。由公式cosφ=P／U*I可知，只要在電路多加一個除法器，就可以正確檢測出負載的功率因數(shù)cosφ，圖1為檢測功率因數(shù)cosφ的方框圖。

 

可預置功率因數(shù)補償裝置的工作原理

圖2為可預置功率因數(shù)補償裝置的工作原理方框圖。當負載接通電源后，功率因數(shù)檢測電路自動檢測電路的功率因數(shù)，待檢測的功率因數(shù)值與功率因數(shù)預置電路的期望值進入可預置功率因數(shù)補償裝置中的比較器進行大小比較；當電路的功率因數(shù)大于期望值時，調整電路不工作，而功率因數(shù)小于期望值時，功率因數(shù)調整電路工作，調整電路通過并聯(lián)電容補償或調整負載電源的頻率，從而改變負載的功率因數(shù)，當功率因數(shù)提高到期望值時，比較器輸出為零，功率因數(shù)調整電路又停止工作?？傊?，可預置功率因數(shù)補償裝置的工作，使負載的功率因數(shù)在期望值上下的一定范圍內波動，并保持穩(wěn)定，這就是該電路的工作原理。

 

電路的基本組成

功率因數(shù)檢測

由乘法器、雙T型陷波器、有效值檢測電路以及除法器組成功率因數(shù)檢測電路。乘法器為由MC1494和集成運算放大器LM324組成的電流／電壓轉換器。使用雙T型陷波器(見圖3)的目的在于去除電路中2f電網(wǎng)頻率信號，那么，電路就只剩下與功率因數(shù)cosφ成正比的直流分量U*Icosφ了。

在設計功率因數(shù)檢測電路時，以下幾點應該注意：

1、雙T型陷波器的頻率選擇應為電網(wǎng)頻率的2倍，由fn=1／2πRC正確選擇參數(shù)；

2、有效值檢測電路圖4中，RC應滿足RC>>1／2πf，而R1、R2也應滿足1.41=(R1+R2)／R2的條件。圖中的第一、二集成運算放大器LM324組成峰值檢測電路，而第三集成運算放大器則構成比例放大器；

3、除法與乘法互為逆運算，因此，除法器仍可采用上述由MC1494和集成運算放大器LM324組成的電流／電壓轉換器。

功率因數(shù)預置

功率因數(shù)預置由電源經(jīng)橋式整流得2f脈動頻率，由集成電路4518分頻4Hz方波，作為功率因數(shù)預置信號。由40106、4001、4023、4516、AD558、LM324組成功率因數(shù)預置電路，將數(shù)字信號轉換成0～1V電壓。

功率因數(shù)數(shù)字顯示

功率因數(shù)數(shù)字顯示部分由0～2V數(shù)字式表頭改造而成，由開關控制切換功率因數(shù)預置、功率因數(shù)檢測信號的顯示。

功率因數(shù)檢測、預置比較電路 預置輸入為反相輸入信號，如圖6所示，調節(jié)W1、W2，使功率因數(shù)預置值有上下限，通過LM393比較器，當功率因數(shù)輸入電壓低于下極限時，NE55的3腳輸出高電平，電路中的功率因數(shù)調整電路工作，調整電路通過并聯(lián)電容補償或調整負載電源的頻率，從而改變負載的功率因數(shù)，當功率因數(shù)提高到期望值上限時，NE55的3腳輸出為零，功率因數(shù)調整電路又停止工作。

功率因數(shù)調整電

對于電感性負載，功率因數(shù)的調整可通過并聯(lián)電容補償或調整負載電源的頻率，以改變負載的功率因數(shù)來實現(xiàn)，功率因數(shù)調整電路所涉及的內容較多，本文不作逐一論述。 結語

本文提出了可預置功率因數(shù)補償裝置的設計方法，電路原理及構成清晰。文章分析了電路的關鍵技術及注意事項。