回路功率因數(shù)解惑
| 此文為一小部分工程技術(shù)員寫(xiě)出。這部分人員要使用，選購(gòu)電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置，對(duì)于電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)略懂一點(diǎn)，又知之不深。對(duì)于一些似是而非說(shuō)法，將信將疑。 說(shuō)法：回路功率因數(shù)高，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的效率必定也高，在同樣電流下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩當(dāng)然也大。請(qǐng)問(wèn)對(duì)錯(cuò)？ 這是一個(gè)錯(cuò)誤的說(shuō)法。 一、所謂‘回路’是指軟起動(dòng)裝置與電動(dòng)機(jī)串連以后與電網(wǎng)連成的閉路?！芈饭β室驍?shù)’就是串連支路的功率因數(shù)?；芈饭β室驍?shù)高說(shuō)明電網(wǎng)供出的伏安數(shù)中有功部分的份額大。回路功率因數(shù)（電網(wǎng)電壓向量與電動(dòng)機(jī)電流向量夾角的余弦）和電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（電動(dòng)機(jī)電壓向量與電動(dòng)機(jī)電流向量夾角的余弦）不是一回事。只有后者才是表征電動(dòng)機(jī)電流出率的指標(biāo)。 電阻性軟起動(dòng)裝置的電流相對(duì)電網(wǎng)電壓的滯后角要比電感性軟起動(dòng)裝置的小。所以，在同樣電流下，采用電阻性軟起動(dòng)裝置的回路功率因數(shù)要高于采用電感性軟起動(dòng)裝置的回路功率因數(shù)。這是事實(shí)。但是，這僅僅說(shuō)明在軟起動(dòng)過(guò)程中，電網(wǎng)為前者付出的比為后者付出的多，并不表明電動(dòng)機(jī)得到的多。 二、電動(dòng)機(jī)電流的大小決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。 這是一個(gè)正確的說(shuō)法。 疑惑者反對(duì)，糾正地指出，應(yīng)是電動(dòng)機(jī)電流的大小和相位（電流向量）決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。反對(duì)者究竟有否道理？ 電動(dòng)機(jī)電流大小一定了，電動(dòng)機(jī)定子電壓隨之決定，電動(dòng)機(jī)電壓與電流之間的相位也就隨之決定。按照電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之決定。所以，電動(dòng)機(jī)電流大小決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的說(shuō)法不謬。 那么，難道‘電動(dòng)機(jī)電流大小和相位一起決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩’的說(shuō)法就錯(cuò)了嗎？ 在這個(gè)說(shuō)法里，如果相位是指電動(dòng)機(jī)電壓和電流之間的相位差，這個(gè)說(shuō)法是對(duì)的。但是，堅(jiān)持這么說(shuō)的人之所以認(rèn)為必須強(qiáng)調(diào)‘相位’，而不能容忍別人忽略‘相位’，就是因?yàn)樗恢溃ㄖ辽俨皇乔宄刂溃╇妱?dòng)機(jī)電流滯后電動(dòng)機(jī)電壓的相位在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)是一個(gè)與‘回路功率因數(shù)’無(wú)關(guān)的定值。 如果所說(shuō)的相位是指電流滯后電網(wǎng)的相位，這就錯(cuò)了，犯了概念性的錯(cuò)誤。 既然電動(dòng)機(jī)電流大小決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，那么，同樣大的電流必然產(chǎn)生同樣大的轉(zhuǎn)矩，不論這個(gè)被限制到一定大小的電流是通過(guò)什么軟起動(dòng)裝置得到的。 三、電動(dòng)機(jī)電流-時(shí)間曲線(xiàn)，包含了電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)過(guò)程中關(guān)于電動(dòng)機(jī)的全部有用信息。 這是一個(gè)正確的命題。 疑惑者反對(duì)，說(shuō)只一條這樣的曲線(xiàn)是不夠的，還需要獲知其它時(shí)間曲線(xiàn)，例如電動(dòng)機(jī)電壓時(shí)間曲線(xiàn)，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)時(shí)間曲線(xiàn)等等。 當(dāng)然，以上諸多時(shí)間曲線(xiàn)可以從各個(gè)側(cè)面揭示軟起動(dòng)過(guò)程，人們應(yīng)該調(diào)動(dòng)一切測(cè)量手段，盡可能多地?cái)z取它們。但是，從信息完備的觀(guān)點(diǎn)看，一條電動(dòng)機(jī)電流-時(shí)間曲線(xiàn)即已足夠。由這條電流時(shí)間曲線(xiàn)出發(fā)，可以找到其它諸多變量相應(yīng)的曲線(xiàn)。而且，對(duì)于任何一個(gè)特定的變量而言，不可能找到另外形狀的時(shí)間曲線(xiàn)。 下圖是某異步電動(dòng)機(jī)的一次軟起動(dòng)過(guò)程的實(shí)拍時(shí)間曲線(xiàn)。上面的一條是電動(dòng)機(jī)的電壓-時(shí)間曲線(xiàn)，下面的一條是電動(dòng)機(jī)的電流-時(shí)間曲線(xiàn)。這2條曲線(xiàn)相互對(duì)應(yīng)。其中任何一條曲線(xiàn)的形狀決定另一條曲線(xiàn)的形狀。 因此，若不同軟起動(dòng)裝置在同樣負(fù)載下產(chǎn)生了同一的電流時(shí)間曲線(xiàn)，從電動(dòng)機(jī)方面看，軟起動(dòng)效果就不會(huì)是有區(qū)別的。 因此，以下說(shuō)法------‘同一條電動(dòng)機(jī)電流-時(shí)間曲線(xiàn)若是出自回路功率因數(shù)高的電路就會(huì)比出自回路功率因數(shù)低的電路具有更好的軟起動(dòng)效果’------就是沒(méi)有道理的了。 四、對(duì)于結(jié)論------‘電阻性軟起動(dòng)裝置因?yàn)榛芈饭β室驍?shù)高，同樣大小的電流引起的網(wǎng)壓降必然小’，作者已另文討論，有興趣的讀者不妨一閱。（見(jiàn)附錄） 五、電阻性軟起動(dòng)裝置的回路功率因數(shù)高，說(shuō)明它從電網(wǎng)支取的多，而電動(dòng)機(jī)得到的并不多，說(shuō)明用電效率低，說(shuō)明裝置的能量消耗大。消耗的能量以熱能的形式儲(chǔ)存在液態(tài)電阻里，帶來(lái)液阻的溫升。后者是制約電阻性軟起動(dòng)裝置的小型化和裝置連續(xù)起動(dòng)次數(shù)的因素。 [作者注：本文未涉及變頻軟起動(dòng)，本文的結(jié)論僅適用降壓軟起動(dòng)。] |
