功 率 因 数 改 善 装 置

技 术 概 要
感 应 式 电 动 机 、 电 磁 镇 流 器 和 变 压 器 等 电 器 设 备 需 要 两 类 功 率 才 能 运 行 , 它 们 分 别 是 有 功 功 率 和 无 功 功 率 。 有 功 功 率 是 设 备 运 行 的 有 用 功 , 而 无 功 功 率 则 由 电 磁 感 应 装 置 消 耗 , 从 而 产 生 磁 场 的 功 率 。 总 功 率 ( 或 称 为 表 面 功 率 ) 是 上 述 两 种 功 率 的 向 量 和 。 功 率 因 数 是 有 功 功 率 与 总 功 率 之 间 的 比 例 。 良 好 的 功 率 因 数 表 示 电 流 被 有 效 地 转 换 为 有 用 功 , 负 载 的 功 率 因 数 为 1 的 时 侯 , 效 率 最 高 。 较 低 的 功 率 因 数 可 能 是 由 电 磁 感 应 式 的 设 备 或 电 流 波 形 失 真 而 造 成 。 当 负 载 的 功 率 因 数 小 於 1 的 时 侯 , 输 入 到 设 备 的 表 面 功 率 将 大 於 设 备 实 际 消 耗 的 功 率 ( 即 有 功 功 率 ) 。 下 文 将 介 绍 功 率 因 数 过 低 的 解 决 方 法 。

矫 正 功 率 因 数 是 一 项 用 於 弥 补 因 负 载 功 率 因 数 小 於 1 而 带 来 负 面 影 响 的 技 术 。 在 感 应 式 设 备 的 电 路 上 加 上 并 联 电 容 器 可 减 少 电 流 中 电 感 部 份 , 从 而 提 高 电 磁 感 应 式 设 备 的 功 率 因 数 。 电 容 器 释 放 出 的 电 流 能 消 除 负 载 的 电 磁 感 应 效 。 下 图 显 示 了 两 个 通 过 增 加 电 容 提 高 功 率 因 数 的 例 子 。

其 次 , 电 流 波 形 失 真 的 影 响 可 以 通 过 滤 波 器 减 小 。 滤 波 器 可 以 消 除 谐 波 电 流 , 只 允 许 特 定 频 率 的 电 流 通 过 ( 例 如 50 兆 赫 ) , 这 即 是 将 非 线 性 的 负 荷 转 化 为 线 性 负 载 。 之 後 , 功 率 因 数 便 可 以 通 过 利 用 电 容 器 进 行 修 正 。

它 如 何 节 约 能 源 ?
提 高 功 率 因 数 能 增 加 载 流 容 量 , 提 高 有 用 电 功 率 的 比 例 , 稳 定 供 电 电 压 , 减 小 损 失 , 从 而 改 善 了 供 电 系 统 的 效 率 。 香 港 两 家 电 力 公 司 都 要 求 负 载 的 总 功 率 因 数 不 可 小 於 0.85 。

适 用 标 准
1. 电 力 装 置 能 源 效 益 守 则 , 机 电 工 程 署 , 香 港 特 别 行 政 区
2. 供 电 则 例 , 2001 年 3 月 , 中 华 电 力 有 限 公 司
3. 供 电 则 例 , 2005 年 8 月 , 香 港 电 灯 有 限 公 司

进 一 步 的 资 料 ∶
1. 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。机 电 工 程 署 网 站 , 建 筑 物 能 源 效 益 登 记 计 划 - 升 降 机 及 自 动 梯 装 置 能 源 效 益 守 则 , 2005 版 。 ( 英 文 版 )

2. 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。机 电 工 程 署 网 站 , 建 筑 物 能 源 效 益 登 记 计 划 - 电 力 装 置 能 源 效 益 指 引 ( 英 文 版 )

两种利用电容器来改善功率因子的方法图1。以上文字說明這張圖片。
(a)
两种利用电容器来改善功率因子的方法图2。以上文字說明這張圖片。
(b)
两 种 利 用 电 容 器 来 改 善 功 率 因 子 的 方 法

谐 波 滤 波 器

技 术 概 要 ∶
谐 波 是 由 非 线 性 负 载 产 生 的 电 流 , 例 如 交 流 / 直 流 转 换 电 路 。 这 通 常 产 生 在 供 电 基 本 频 率 ( 香 港 是 50 兆 赫 ) 的 倍 数 频 率 中 。 以 50 兆 赫 供 电 频 率 为 例 , 第 五 阶 谐 波 的 频 率 为 250 兆 赫 , 第 七 阶 谐 波 的 频 率 为 350 兆 赫 。 在 楼 宇 中 其 他 产 生 谐 波 的 设 备 包 括 电 脑 设 备 、 变 速 驱 动 器 ( VSD ) 、 交 流 变 压 / 变 压 变 频 升 降 机 驱 动 系 统 ( ACVV/VVVF ) 和 电 子 镇 流 器 等 。 供 电 系 统 中 谐 波 的 出 现 必 然 导 致 系 统 效 率 降 低 , 与 谐 波 产 生 有 关 的 典 型 问 题 包 括 ∶ 变 压 器 过 热 、 中 线 过 载 、 供 电 电 压 波 形 失 真 和 供 电 效 率 降 低 等 。 谐 波 产 生 的 害 处 可 以 通 过 在 适 当 的 位 置 采 用 无 源 或 有 源 式 滤 波 器 消 除 。

( a ) 无 源 滤 波 器
无 源 滤 波 器 通 常 由 无 源 元 件 构 成 , 例 如 电 阻 , 电 感 和 电 容 , 并 可 以 并 联 元 件 接 合 而 连 接 电 力 系 统 。 无 源 滤 波 器 有 多 个 种 类 , 其 中 最 常 见 的 有 单 调 谐 滤 波 器 和 高 通 滤 波 器 。

( b ) 有 源 滤 波 器
一 般 电 力 电 子 设 备 本 身 都 具 有 一 定 的 电 力 处 理 功 能 , 其 中 包 括 消 除 谐 波 。 以 电 力 电 子 设 备 消 除 谐 波 的 装 置 称 为 有 源 滤 波 器 。 有 源 滤 波 器 的 工 作 原 理 是 在 接 口 处 注 入 负 载 消 耗 的 谐 波 电 流 。

它 如 何 节 约 能 源 ?
消 除 电 力 系 统 中 的 谐 波 能 降 低 由 谐 波 电 流 产 生 的 热 力 和 各 相 对 中 性 线 的 电 压 降 , 从 而 提 高 电 力 输 送 效 率 。 从 系 统 运 行 的 角 度 看 , 抑 制 电 力 系 统 中 的 谐 波 , 能 减 少 系 统 非 正 常 故 障 的 机 会 , 例 如 保 护 设 备 的 错 误 操 作 。

适 用 标 准
1. 电 力 装 置 能 源 效 益 守 则 , 机 电 工 程 署 , 香 港 特 别 行 政 区
2. 供 电 则 例 , 2001 年 3 月 , 中 华 电 力 有 限 公 司
3. 供 电 则 例 , 2005 年 8 月 , 香 港 电 灯 有 限 公 司
4. IEEE 519-1992: 电 气 电 子 工 程 师 协 会 供 电 系 统 中 谐 波 控 制 的 要 求 和 推 荐 标 准 。
5. BS EN 61000-3-2: 电 磁 兼 容 性 能 (EMC) - 3-2 部 分 : 限 值 - 谐 波 电 流 发 射 限 值 ( 设 备 的 每 相 输 入 电 流 相 等 或 大 於 16 安 培 ) 。

进 一 步 的 资 料 ∶
1. 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。机 电 工 程 署 网 站 , 建 筑 物 能 源 效 益 登 记 计 划 - 升 降 机 及 自 动 梯 装 置 能 源 效 益 守 则 , 2005 版 。 ( 英 文 版 )

2. 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。机 电 工 程 署 网 站 , 建 筑 物 能 源 效 益 登 记 计 划 - 电 力 装 置 能 源 效 益 指 引 ( 英 文 版 )

电 致 变 色 玻 璃

技 术 概 要 ∶
电 致 变 色 玻 璃 由 贴 在 玻 璃 表 面 的 电 致 变 色 薄 膜 构 成 , 在 电 致 变 色 薄 膜 上 施 加 少 量 电 流 , 可 以 改 变 窗 户 的 传 热 、 太 阳 辐 射 和 可 见 光 的 透 射 率 。 这 种 窗 户 的 透 射 率 可 以 利 用 可 变 电 阻 、 控 温 器 和 光 敏 感 测 器 等 改 变 。

另 一 种 可 变 色 玻 璃 技 术 称 为 液 晶 悬 浮 粒 子 装 置 ( SPD ) , 其 玻 璃 的 夹 层 中 填 充 著 具 有 悬 浮 粒 子 的 溶 液 。 在 正 常 状 态 下 , 这 些 颗 粒 会 随 机 运 动 , 相 互 碰 撞 , 阻 挡 光 线 的 透 过 。 但 是 当 供 应 能 量 後 , 这 些 悬 浮 粒 子 会 迅 速 聚 合 , 玻 璃 会 变 成 透 明 状 态 。 这 种 可 变 玻 璃 能 阻 挡 90 % 以 上 的 光 线 。

电 致 变 色 玻 璃 技 术 能 在 空 调 , 照 明 和 降 低 峰 值 负 荷 方 面 带 来 节 能 的 效 果 。

它 如 何 节 约 能 源 ?
通 过 改 变 窗 户 的 传 热 、 太 阳 辐 射 和 可 见 光 的 透 射 率 , 可 以 降 低 透 过 窗 户 由 太 阳 辐 射 带 来 的 空 调 负 荷 。 同 时 , 适 当 地 控 制 窗 户 的 透 射 率 可 加 大 利 用 自 然 光 线 照 明 的 比 例 。

热 泵 热 水 器

技 术 概 要 ∶
传 统 上 用 於 室 内 空 调 的 热 泵 现 在 可 以 应 用 於 生 产 热 水 。 热 泵 热 水 器 能 从 环 境 中 吸 取 热 量 , 将 水 加 热 , 它 是 一 种 具 有 高 能 源 效 益 的 蓄 水 式 电 热 水 器 。

在 热 泵 热 水 器 的 热 力 循 环 中 , 空 气 中 的 热 量 在 相 对 较 低 的 温 度 下 使 蒸 发 器 内 的 冷 媒 ( 雪 种 ) 受 热 蒸 发 , 转 变 为 蒸 气 ; 再 通 过 压 缩 机 提 高 冷 媒 ( 雪 种 ) 蒸 气 的 温 度 和 压 力 ; 高 温 高 压 的 蒸 气 离 开 压 缩 机 後 流 向 水 箱 的 热 交 换 器 , 从 而 加 热 水 箱 中 的 水 。 在 热 交 换 器 中 的 冷 媒 ( 雪 种 ) 蒸 气 在 释 放 出 热 量 後 会 凝 结 成 为 液 体 ; 通 过 节 流 阀 後 , 液 态 冷 媒 ( 雪 种 ) 在 较 低 的 温 度 和 压 力 状 态 下 回 到 蒸 发 器 , 完 成 一 个 循 环 。 下 图 说 明 了 一 个 典 型 热 泵 热 水 器 的 操 作 原 理 。

它 如 何 节 约 能 源 ?
在 热 泵 热 水 器 的 运 作 过 程 中 , 能 量 会 从 空 气 中 被 吸 取 到 蒸 发 器 中 。 热 泵 热 水 器 从 " 免 费 " 的 环 境 热 源 中 吸 取 热 量 , 只 是 在 驱 动 压 缩 机 中 消 耗 少 量 电 能 。 另 外 , 热 泵 热 水 器 会 从 周 围 环 境 中 吸 取 热 量 , 减 低 室 内 空 调 的 负 荷 。

节 能 潜 力
由 於 热 泵 从 空 气 中 取 得 热 量 , 因 此 在 相 同 耗 电 量 的 情 况 下 , 热 泵 热 水 器 生 产 的 热 量 是 传 统 电 阻 式 电 热 水 器 的 两 倍 [1] 。

典型热泵热水器的操作原理。以上文字說明這張圖片。
典 型 热 泵 热 水 器 的 操 作 原 理

如 欲 浏 览 有 关 技 术 的 应 用 实 例 , 请 点 击 此 处

参 考 资 料 ∶
[1] Washington State University Extension Energy Program 华 盛 顿 州 立 大 学 拓 展 能 源 项 目

   
 上   一   页
 回   页   首