一臺變壓器究竟能匹配多少有功功率kW
變壓器的容量是用視在功率單位kVA(千伏安)表示,來(lái)說(shuō)明該變壓器輸出容量的大小。而各種負載象電動(dòng)機等等都用有功功率單位kW(千瓦)表示,來(lái)說(shuō)明其輸出功率的大小。電動(dòng)機在運行時(shí)除了把電功率轉換為機械功率外,還需要一D的無(wú)功功率,因此變壓器既要向電動(dòng)機提供有功功率也要提供無(wú)功功率。有功功率是指把電能轉換成了機械能、熱能、光能等的功率,是實(shí)際消耗掉的能量;而無(wú)功功率僅是在電機內形成磁場(chǎng),讓電動(dòng)機可以運轉對外做功,因為電動(dòng)機的原理是通電導體在磁場(chǎng)中受到力的作用,但形成磁場(chǎng)的這部分功率沒(méi)有實(shí)際消耗能量,沒(méi)有對外做功,所以稱(chēng)為無(wú)功功率。
視在功率、有功功率、無(wú)功功率三者的關(guān)系,可用直角三角到表示如圖
S²=P²+Q²
cosφ稱(chēng)為功率因數,也就是有功功率P與視在功率S的比值,功率因數cosφ的大。ǜ叩停┱f(shuō)明了有功功率占比的大小,也說(shuō)明了其中無(wú)功功率的多少,在視在功率S一D的情況下,無(wú)功功率越多有功功率就越少。
那么對一臺變壓器究竟能匹配多少有功功率kW,就由變壓器的容量視在功率kVA的大小與功率因數cosφ的高低決定,因為P=cosφS。
例如下圖是一臺630kVA變壓器的銘牌,
這臺變壓器可帶多少kW的負載呢?一般工廠(chǎng)負載以電動(dòng)機為主,自然功率因數在0.7-0.8之間。以功率因數為0.8計,P=0.8×630=504kW,就是說(shuō)當負載功率因數為0.8時(shí),630kVA變壓器可帶504kW的負載。此時(shí)變壓器已滿(mǎn)負荷,也就是輸出電流已達909A。
但應注意這個(gè)504kW是此時(shí)變壓器的輸出有功功率,而不是所匹配的電動(dòng)機功率,電動(dòng)機的功率是指電動(dòng)機可輸出的機械功率,這兩者之間有個(gè)轉換效率問(wèn)題,一般電動(dòng)機效率在0.9左右,因此504×0.9=453.6kW才是可帶的電動(dòng)機功率。不過(guò)實(shí)際當中電動(dòng)機很少滿(mǎn)負荷運行,負載率在0.9左右,這又抵消了效率的0.9,因此一般情況下也可把504kW看成是變壓器可帶的電動(dòng)機功率。
功率因數可通過(guò)接入電力電容器來(lái)補償提
高,如果把功率因數提高到0.9,那么P=0.9×630=567kW。如果功率因數為1,那么就可帶630kW的負載。
可見(jiàn)功率因數的高低是決定變壓器能帶多少負載的條件之一,這與變壓器的效率無(wú)關(guān)。功率因數的高低也說(shuō)明了變壓器的利用率,所以供電公司都要求用戶(hù)的功率因數要達到0.9以上,對有獨立變壓器的用戶(hù)要自備一D容量的電力電容器來(lái)提高功率因數。
那么對這臺630kVA變壓器,如果用戶(hù)的自然功率因數是0.8,要自備多少容量的電力電容器呢?這只需計算出需要多少無(wú)功功率即可。
已知:
S=630kVA,P=504kW
求Q= ?
∵S²=P²+Q²
∴Q²=S²-P²=630²-504²=142884
Q=378kVar(千乏)
即用戶(hù)要自備378kVar的電力電容器,可見(jiàn)這差不多是變壓器容量的一半,因此實(shí)際當中一般都按變壓器容量的一半來(lái)確定補償所需的電力電容器容量。
實(shí)際當中也可用下面簡(jiǎn)易公式來(lái)計算一臺變壓器可帶多少電動(dòng)機負載。
P=S×1.45÷2
=630×1.45÷2=456.7kW
這與前面計算出的453.6kW非常接近。
這中間I=S×1.45是變壓器的輸出電流估算公式,而380V三相異步電動(dòng)機的電流估算公式是I=P×2,因此P=I÷2。電動(dòng)機的電流等于變壓器輸出電流,就是變壓器在滿(mǎn)負荷工作狀態(tài)。
把I=S×1.45代入P=I÷2得P=S×1.45÷2
也就是說(shuō)把變壓器的輸出電流除2就是可帶電動(dòng)機的總功率,此時(shí)變壓器基本在滿(mǎn)負荷狀態(tài)運行。
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