可預置功率因數補償裝置的設計

在電力系統中，由于電網的容量是一定的，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cosφ，能降低電網輸電線路的功率損耗，提高電網的供電質量，降低生產成本。因此，提高功率因數是節能的重中之重。

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cosφ成正比的直流分量，另一項是與電網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cosφ，圖1為檢測功率因數cosφ的方框圖。

 

可預置功率因數補償裝置的工作原理

圖2為可預置功率因數補償裝置的工作原理方框圖。當負載接通電源后，功率因數檢測電路自動檢測電路的功率因數，待檢測的功率因數值與功率因數預置電路的期望值進入可預置功率因數補償裝置中的比較器進行大小比較；當電路的功率因數大于期望值時，調整電路不工作，而功率因數小于期望值時，功率因數調整電路工作，調整電路通過并聯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，當功率因數提高到期望值時，比較器輸出為零，功率因數調整電路又停止工作。總之，可預置功率因數補償裝置的工作，使負載的功率因數在期望值上下的一定范圍內波動，并保持穩定，這就是該電路的工作原理。

 

電路的基本組成

功率因數檢測

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電網頻率信號，那么，電路就只剩下與功率因數cosφ成正比的直流分量U*Icosφ了。

在設計功率因數檢測電路時，以下幾點應該注意：

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

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。

功率因數預置

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

功率因數數字顯示

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

功率因數檢測、預置比較電路 預置輸入為反相輸入信號，如圖6所示，調節W1、W2，使功率因數預置值有上下限，通過LM393比較器，當功率因數輸入電壓低于下極限時，NE55的3腳輸出高電平，電路中的功率因數調整電路工作，調整電路通過并聯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，當功率因數提高到期望值上限時，NE55的3腳輸出為零，功率因數調整電路又停止工作。

功率因數調整電

對于電感性負載，功率因數的調整可通過并聯電容補償或調整負載電源的頻率，以改變負載的功率因數來實現，功率因數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。